Produktionsmanagement II

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1 Werkzeugmaschinenlabor der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen Lehrstuhl für Produktionssystematik Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. G. Schuh Lehrstuhl für Produktionsmanagement Prof. Dr.-Ing. A. Kampker Produktionsmanagement II Vorlesungsverantwortlicher: Dipl.-Ing. Till Potente Steinbachstr. 53B Raum 528 Tel.: V05 S. 0

2 Inhaltsverzeichnis: Terminübersicht Seite 2 Vorlesungslandschaft Seite 3 Ziele der Vorlesung Seite 4 Vorlesung Produktionsziele Seite 5 Rollen in der Produktion von morgen Seite 5 Zielsystem der Produktionsplanung und -steuerung Seite 6 Strategiekonformes Positionieren der Produktion Seite 7 Produktionsplanung und -steuerung Seite 8 Der logistische Regelkreis Seite 8 Produktionsplanung Seite 9 Auswahl von Produktionssteuerungsmethoden Seite 12 Fehlerkreis der Produktionssteuerung Seite 14 Grundsätzliche Steuerungsprinzipien Seite 15 Push-Prinzipien Seite 16 Pull-Prinzipien Seite 19 Vorführung IT-Systeme Seite 22 Bilanz der Vorlesung Seite 28 Literaturhinweise Seite 29 V05 S. 1

3 Terminübersicht: lfd. Nr. Vorlesungsthema Datum Verantwortlich V1 IT im Produktionsmanagement V2 Customer Relations Management V3 Enterprise Ressource Planning I V4 Enterprise Ressource Planning II V5 Enterprise Ressource Planning III V6 Supply Chain Management I V7 Supply Chain Management II V10 Erfolgreiche Unternehmensführung - Fallbeispiele (Gastvorlesung durch Prof. Noppen) V8 Product Lifecycle Management I V9 Product Lifecycle Management II V11 Digitale Fabrikplanung und Simulation V12 Business Engineering - Methodik zur Systemauswahl (Trovarit) Hr. Rittstieg Tel Hr. Bartoschek Tel Hr. Fuchs Tel Hr. Reil Tel Hr. Potente Tel Hr. Bauhoff (fir) Tel Hr. Hoeschen Tel Hr. Rauhut Tel Hr. Jung Tel Hr. Rauhut Tel Hr. Koch Tel Hr. Cuber (fir) Tel V05 S. 2

4 Vorlesungslandschaft des Lehrstuhls für Produktionssystematik Produktionsmanagement I Einführung in das Produktionsmanagement F&E, Produktplanung und Konstruktion Materialwirtschaft, Arbeitsplanung & -steuerung Unternehmens- & Prozessmodellierung Produktionsstrategien, Komplexitätsmanagement Fertigungs- und montagegerechte Konstruktion Konstruktionsaufgabe in Kleingruppe Konstruktionsbeispiele Konstruktionsrichtlinien Fabrikplanung Standortplanung Production Systems Logistik Produktionsmanagement II V1 IT im Produktionsmanagement V2 Customer Relations Management V3 Enterprise Ressource Planning I V4 Enterprise Ressource Planning II V5 Enterprise Ressource Planning III V6 Supply Chain Management I V7 Supply Chain Management II V8 Product Lifecycle Management I V9 Product Lifecycle Management II V10 Product Lifecycle Management III V11 Digitale Fabrikplanung und Simulation V12 Methodik zur Systemauswahl Kostenmanagement in Produktionsbetrieben Kostenrechnung Investitionsrechnung & -bewertung Bilanzen Technische Investitions- Planung Fertigungsmittelplanung Technologieplanung Kostenrechnung Innovationsmanagement mit Dr. Wiedeking Integrierte Managementaufgabe Produkt- und Produktprogrammplanung Organisation und Mitarbeiterverhalten Seite 3 V05 S. 3

5 Ziele der Vorlesung: Zusammenhang von umzusetzender Strategie und Produktionszielen Übersicht über relevante Produktionssteuerungsmethoden (Push/Pull) IT-Unterstützung zur Produktionsplanung und steuerung Vorführung: Simulation Auswirkung unterschiedlicher Steuerungsstrategien auf die Leistungsfähigkeit eines Produktionssystems (Push/Pull) Übung: Losgrößenharmonisierung und logistische Kennlinien V05 S. 4

6 Rollen in der Produktion von morgen Heute Produkt Produktion Die zwei Bereiche sind unmittelbar miteinander verbunden. Ziel Produktanbieter 30% Produktbezogene Produktion (z.b. Montage) Produktion 15% Produktionsspezialisten 55% Volumen- und kapazitätsorientierte Produktion Unterschiedliche Wertschöpfungsaufgaben bedingen unterschiedliche logistische Leitbilder! Seite 5 V05 S. 5

7 Zielsystem der Produktionsplanung und -steuerung Wirtschaftlichkeit Ziel ist die Optimierung der Logistikleistung und der Logistikkosten. Seite 6 Anmerkungen zum Bild: Die Kernaufgabe der Produktionsplanung und steuerung besteht darin, die logistischen Ziele: hohe Termintreue, kurze Durchlaufzeiten, niedrige Bestände und hohe Auslastung. unter Berücksichtigung ihrer Interdependenzen und insbesondere unter Berücksichtigung des Finalziels einer hohen Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Die Zielgrößen Termintreue, Durchlaufzeiten, Bestände und Auslastung können über die Dimensionen Logistikleistung und Logistikkosten zu einem Zielsystem verknüpft werden. Die Logistikleistung wird durch die vom Kunden wahrgenommene Liefertreue und die Lieferzeit definiert. Erstere hängt von der Termintreue bei der Auftragsabwicklung ab und letztere von den Auftragsdurchlaufzeiten. Die vom Unternehmen beeinflussbaren Logistikkosten setzten sich aus den Kapitalbindungs- und den Herstellungskosten zusammen. Die Kapitalbindungskosten können durch Bestandsveränderungen beeinflusst werden. V05 S. 6

8 Strategiekonformes Positionieren einer Produktion Strategie Produktionsziele Strategiekonformer Zielkorridor Produktdesign/ Produkttechnologie Technology Leverage Design Innovation Leverage Oligopol Marke/ Image/ Marktzugang Marktführer Auslastung Termintreue Kosten Produktion/ Prozesstechnologie Lateral Prozesskettenbeherschung Strategiekonforme Gewichtung Zielkorridor Eine konsequente Ausrichtung der Produktion an der Unternehmensstrategie ist notwendig. Seite 7 Anmerkungen zum Bild: Konform zur umzusetzenden Unternehmensstrategie, hier in Form von 6 Referenzstrategien dargestellt, werden die relevanten Produktionsziele nach ihrer relativen Wichtigkeit beurteilt. Je nach Strategie treten einzelne Ziele (siehe Zielsystem der Produktion) in den Vordergrund oder werden weitestgehend vernachlässigt. Mit Hilfe dieser Gewichtung lässt sich der unternehmensspezifisch optimale Bereich für die betrachtete Produktion bestimmen. Ergebnis dieses Prozesses ist das Erkennen des Handlungsbedarfs, der notwendig ist um die betrachtete Produktion optimal einzustellen, d.h. die Leistungsfähigkeit des Systems in Richtung des abgeleiteten Punktes bzw. des anvisierten Korridors zu verschieben. V05 S. 7

9 Einstellen des Betriebspunktes Logistischer Regelkreis a) technischer Regelkreis Führungsgrößen Regler Unterlagerter Regler Stellgrößen Regelstrecke Regelgrößen b) logistischer Regelkreis Führungsgrößen Stellgrößen Produktionsplanung Produktionssteuerung Materialfluss Regelgrößen Seite 8 Anmerkungen zum Bild: Das Bild zeigt das typische, hierarchische Regelkonzept für einen technischen Regelkreis. In Analogie dazu ist ein logistischer Regelkreis entwickelt worden. Erster Realisierungsschritt einer Produktionsregelung ist die Analyse einer Produktion im Hinblick auf ihr zeitdynamisches Verhalten. Dies erlaubt das Abbilden der Regelstrecke, hier des Materialflusses. Das Identifizieren von Stell- und Regelgrößen bildet den Folgeschritt. Darauf aufbauend ist das Stell- und Störverhalten im Hinblick auf Stabilität zu analysieren, um schließlich einen Regler zu entwerfen. V05 S. 8

10 Produktionsplanung 1. Durchlaufterminierung B A6 D A5 C F B A4 D F A2 A3 C F A1 B C 2. Kapazitätseinlastung auf Arbeitsplatz A A1 A3 A2 A5 A4 A6 3. Kapazitätsabgleich, Reihenfolgebildung (nach Rüstkriterien) A1 A2 A3 A6 A4 A5 Beginn Planperiode Theoretisches Ergebnis: Terminlich und kapazitätsmäßig abgestimmte Wochen-, Tages-, Schichtpläne pro Kapazitätsstelle. Zeit Ende Planperiode Seite 9 V05 S. 9

11 Einflussgrößen bei der Gestaltung von Produktionsplanung und -steuerung Mensch Qualifikation Arbeitszeitflexibilität Schichtmodus Anzahl Springer Technik Automatisierungsgrad Anteil manueller Tätigkeiten Anzahl der Arbeitsstationen Ersetzungs-/Ergänzungsgrad Anzahl Paletten, Vorrichtungen Anzahl Transporteinheiten Produkt Anzahl Teile/Varianten geometrische Ähnlichkeit der Produkte Anzahl Arbeitsgänge Zeit/Steuerung der Arbeitsgänge Vernetzung der Arbeitsgänge Stückzahl/Jahr Fertigungsliste Einflussgrößen bei der Gestaltung von Produktionsplanung und -steuerung Organisation Fertigungsorganisation (Gruppenfertigung, Werkstattfertigung, Fließfertigung, etc.) Materialflussstruktur Störungsaufkommen Organisation der Instandhaltung Seite 10 Anmerkungen zum Bild: Je nach Komplexität und Technisierung unterscheiden sich der Aufwand, Planungshorizonte, notwendige Reaktionszeiten, Methoden, Hilfsmittel, etc. zur Durchführung der Produktionsplanung und -steuerung in einem Unternehmen. Bei stabilen Prozessen mit wenigen Störungen (z.b. Serienfertigung) lohnt sich der Aufwand für eine hohe Planungsgenauigkeit. Deutlich gröber dagegen wird die Planung bei stochastischen Prozessen mit großem Störaufkommen vorgenommen (z.b. Einzel-und Kleinserienfertigung). Die aktuelle Situation muss bei der Planung berücksichtigt werden. V05 S. 10

12 Gegensätzliche Ansätze zur Produktionsplanung und -steuerung zentrale Planung dezentrale Planung Planung Wissen Planung Wissen [nach Reinhart] Seite 11 Anmerkungen zum Bild: Die zunehmende Variantenvielfalt und die steigende Komplexität der Bearbeitung zwingen die Produktionsunternehmen heutzutage, neue Lösungen zur Sicherung ihres Produktivitäts-fortschritts zu suchen. Ausgehend von den Defiziten derzeitiger Ansätze müssen deshalb neue Konzepte entwickelt werden, welche sich durch ein intelligentes Zusammenspiel von Automatisierung und Humanorientierung auszeichnen. Demgemäss ergeben sich folgende Anforderungen an zukünftige Konzepte zur Produktionssteuerung: eine verbesserte Transparenz über die Vorgänge in allen Bereichen der Produktion, die Nutzung der Kompetenz des Maschinenbenutzers, die effektive Behandlung von Störungen und eine vergrößerte Flexibilität für Umstrukturierungen. V05 S. 11

13 Auswahl von Steuerungsmethoden Fertigungsstruktur beinhaltet ein bestimmtes Ablaufprinzip kann gesteuert werden durch Steuerungsprinzip ermöglicht bestimmte Steuerungsstrategie werden verwirklicht in Steuerungsmethode Beispiele: Einmalfertigung Serienfertigung Verfahrenstechnische Fertigung Verrichtungsprinzip Gruppenfertigung Reihenfertigung Fließfertigung Betriebsauftragssteuerung Durchsatzsteuerung Zwangssteuerung Veranlassungslogik Auftragsgröße Reihenfolge Auftragsterminierung Belastungsorientierte Auftragsfreigabe Leistungsraten-Vereinbarung Kanban, Prozesssteuerung Quelle: nach Zülch Seite 12 Anmerkungen zum Bild: Das Bild zeigt einen Vorschlag zur Auswahl der geeigneten Steuerungsmethode als Beispiel für ein heute anerkanntes Vorgehen. Basierend auf den Überlegungen der Siemens AG ergibt sich folgendes Vorgehen: Fertigungsstruktur und Ablaufprinzip erfordern ein bestimmtes Steuerungsprinzip. Sie legen damit Steuerungsstrategie und -methode fest. Die Einflussgrößen sind mittlerweile allgemein anerkannt, und fokussieren auf "statische Merkmale zur Eignungsbeschreibung. Insbesondere werden Produktvarianz und Wiederholhäufigkeit (Erzeugnisspektrum mit Art und Anzahl unterschiedlicher Produkte und deren Varianten, Stückzahlen je Variante, Streuung der Arbeitsinhalte), Ablaufprinzip (z.b. Fließ- oder Werkstattfertigung), Streuung der Durchlaufzeiten sowie ihr Verhältnis zur Lieferzeit genannt. V05 S. 12

14 Anwendungsfelder von Produktionssteuerungsmethoden Materialflusskomplexität hoch niedrig MRP I Variantenzahl niedrig hoch Engpasssteuerung (OPT) BOA CONWIP KANBAN Fortschrittszahlen Die Variantenzahl und die Materialflusskomplexität beeinflussen die Wahl der Steuerungsmethode. Seite 13 V05 S. 13

15 Fehlerkreis der Produktionssteuerung Die Warteschlangen werden länger Die Durchlaufzeiten werden länger und streuen stärker Schlechte Termintreue Die Belastungen an den Arbeitsplätzen wachsen Aufträge werden früher freigegeben Die Plandurchlaufzeiten werden erhöht Eine alleinige Erhöhung der Plandurchlaufzeiten wirkt sich negativ auf die Termintreue aus. Quelle: Seite 14 Anmerkungen zum Bild: In der Praxis reagieren viele Unternehmen meist einseitig auf das jeweils dringendste Problem. So kann man bei einem Überquellen der Läger und der Produktion Aktionen zur Bestandssenkung beobachten, die nach einiger Zeit zu der angestrebten Verringerung der Vorräte führen. Allerdings stellen sich auch fast zwangsläufig Lieferprobleme für bestimmte Teile oder Erzeugnisse ein. Daraufhin schließen die Firmen meist auf zu kurze Plandurchlaufzeiten. Nun werden die entsprechenden Werte erhöht mit der Folge, dass die Aufträge früher gestartet werden. Dies führt aber wiederum zu einem Anstieg der Bestände in der Fertigung und Montage. Wegen der daraus resultierenden längeren Liegezeiten erhöht sich die Durchlaufzeit der Aufträge, verbunden mit einer größeren Streuung. Im Ergebnis wird die Termineinhaltung schlechter statt besser, und nur noch Eilaufträge und Sonderaktionen bringen die jeweils wichtigsten Aufträge rechtzeitig in die Montage bzw. zum Kunden. V05 S. 14

16 Grundsätzliche Steuerungsprinzipien Push versus Pull a) Push-Steuerung PPS-System AS 1 AS 2 AS 3 Kunde/ Lager b) Pull-Steuerung AS 1 AS 2 AS 3 Kunde/ Lager Varianten Materialfluss Informationsfluss AS - Arbeitssystem Quelle: nach Wiendahl Seite 15 Anmerkungen zum Bild: Es können zwei Grundprinzipien der Auftragssteuerung unterschieden werden. Beim Schiebeprinzip auch Push-Prinzip genannt werden in einer übergeordneten Planungsebene im Rahmen der Disposition Fertigungsmengen und -termine vorgegeben, die dann in der Produktion von der Rohmaterialbereitstellung bis zur Auslieferung an den Kunden durchzusetzen sind. Es werden also Aufträge mit einer Auftragsnummer und einem Endtermin erzeugt und gestartet. Ziel der Fertigungssteuerung ist es, den Auftrag so durch die Fertigung zu steuern (drücken), dass er zum vereinbarten Endtermin fertig ist. Beim Ziehprinzip auch Pull-Prinzip genannt hingegen löst ein Kundenauftrag einen Bedarf an der im Materialfluss jeweils vorgelagerten Station aus. Die Endmontage bestellt also bei der Vormontage, die Vormontage bestellt bei der Fertigung und die Fertigung bei der Materialbeschaffung. Ziel der Pull-Steuerung ist es demnach, die Verfügbarkeit einer vereinbarten Menge innerhalb einer vereinbarten Zeitspanne sicherzustellen. Die durchlaufenden Aufträge haben daher keine Auftragsnummer und keinen Endtermin. V05 S. 15

17 Push-Prinzipien (I/III) MRP II MRP II MRP I MRP Geschäftsplanung Absatzplanung Produktionsprogrammplanung Mengenplanung Kapazitätsterminierung Auftragsveranlassung und -überwachung Terminierter Produktionsplan für Endprodukte Stücklistenauflösung Primärbedarf (Erzeugnisse) Brutto-Sekundärbedarf Netto-Sekundärbedarf Periodische Zusammenfassung Fertigungs- u. Montagelose Kapazitätsterminierung Lagerbestände Losgrößenberechnung Kapazitätsangebot Feinterminierung der Fertigungsaufträge & Reihenfolgebildung Feinterminierung der Fertigungsaufträge & Reihenfolgebildung Auftragsveranlassung Fertigungsfortschrittsüberwachung Quelle: nach Scheer Seite 16 Anmerkungen zum Bild: MRP (Material Requirement Planning) = Mengenplanung 50er Jahre: Wandel von der verbrauchs- zur bedarfsorientierten Materialdisposition; MRP I (Manufacturing Resource Planning) = Produktionsfaktorenplanung Mitte der 60er Jahre: gestiegene Leistungsfähigkeit der EDV erlaubt auch die Einbeziehung der Produktionskapazitäten; MRP II (Management Resource Planning) 80er Jahre: Berücksichtigung von wirtschaftlichen und strategischen Gesichtspunkten; Mit MRP II wird mit zunehmendem Detaillierungsgrad bei abnehmenden Planungshorizont geplant. Untergeordnete Planungsstufen können die Vorgaben höherer Planungsstufen revidieren. Dem MRP I -Konzept liegt, wie schon die hinter dem Kürzel stehende Bezeichnung Manufacturing Resource Planning angedeutet, eine stark materialseitig orientierte Betrachtungsweise mit einer strikten Trennung von Mengen- und Terminplanung zugrunde. Trotz einiger Schwachpunkte wird die MRP I -Logik häufig bei der streng bedarfsorientierten Produktion (z.b. Einzel- und Kleinserienfertigung) eingesetzt. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die komplexen Abläufe, wie sie in einer Werkstattsteuerung anzutreffen sind, meist keine längerfristige detaillierte Vorabplanung des Produktionsablaufs zulassen. MRP II ist die sinnvolle Erweiterung des MRP I -Konzepts sowohl im strategischen Bereich als auch im Bereich der Planungsdurchsetzung im Sinne der Steuerung. Das MRP II -Konzept (im Gegensatz zu MRP I steht MRP II für Management Resources Planning ) bettet die Planungs- und Steuerungsproblematik in den Gesamtzusammenhang einer Logistikkette ein. Hierbei ist zum Beispiel die Produktionsprogrammplanung eine strategische Planungsebene. V05 S. 16

18 Push-Prinzipien (II/III) Optimized Production Technology Stücklisten Arbeitspläne Primärbedarf Betriebsmittel Lagerbestände BUILD NET Netzwerk Belastungsanalyse Analyse der Kapazitätsbelastungen Splitten des Netzes in einen kritischen" und einen nichtkritischen" Teil SPLIT Kritische Kapazitäten Vorwärtsterminierung der Arbeitsgänge, die Engpässe belasten Losbildung für Fertigung und Transport OPT Rückwärtsterminierung Vorwärtsterminierung Kriterium SERVE Rückwärtsterminierung der Arbeitsgänge, die keine Engpässe belasten Losbildung für Fertigung und Transport Werkstattsteuerung Seite 17 Anmerkungen zum Bild: Das Optimized Production Technology - System (OPT) ist ein netzwerkbasiertes Softwareprodukt für die Werkstattsteuerung. Das System dient der Führung und Lenkung der Produktion, wobei nicht Teilund Einzelmassnahmen im Vordergrund stehen, sondern die Betriebsleistung insgesamt. Das ganze Auftragsnetz ist deshalb in zwei Teile aufgeteilt, von denen der eine Teil kritische, der andere nichtkritische Kapazitäten enthält. Kritische Kapazitäten sind zumeist Engpässe. Die OPT-Regeln legen einerseits allgemeine Strategien zur Steuerung der Produktion fest und beschäftigen sich andererseits insbesondere mit der Bedeutung von Engpässen im gesamten Fertigungsfluss und für die Zielerreichung einer Produktion. Die neun OPT-Regeln: Den Fertigungsfluss, nicht die Kapazität abgleichen. Der Nutzungsgrad einer Nicht-Engpasskapazität wird nicht durch diese Kapazität bestimmt, sondern durch irgendeine andere Begrenzung im Gesamtablauf. Bereitstellung und Nutzung einer Kapazität sind nicht gleichbedeutend. Eine in einem Engpass verlorene Stunde ist eine für das ganze System verlorene Stunde. Eine an einem Nicht-Engpass gewonnene Stunde ist nichts weiter als ein Wunder. Engpässe bestimmen sowohl den Durchlauf als auch die Bestände. Das Transportlos muss nicht gleich dem Bearbeitungslos sein und darf das in vielen Fällen auch gar nicht. Das Bearbeitungslos muss variabel und nicht fest sein. Wenn Pläne aufgestellt werden, sind alle dafür notwendigen Voraussetzungen gleichzeitig zu überprüfen. Durchlaufzeiten sind das Ergebnis eines Plans und können nicht im voraus festgelegt werden. Die Summe der Einzel-Optima ist nicht gleich dem Gesamt-Optimum. V05 S. 17

19 Push-Prinzipien (III/III) Fortschrittszahlen Vorlauf in Mengeneinheiten Mengeneinheiten Vorlauf in Tagen kumulierte erreichte Produktionsmenge = Ist-Fortschrittszahl Vorlauf Rückstand kumulierte geplante Produktionsmenge = Soll-Fortschrittszahl Gegenwart Tage Seite 18 Anmerkungen zum Bild: Das Fortschrittszahlenkonzept findet vor allem in der montageorientierten Serien- und Massenfertigung Anwendung, wie sie z.b. für die Automobilindustrie typisch ist. Als Fortschrittszahl wird dabei ein kumulierter Wert bezeichnet, der sich auf unterschiedliche Kenngrössen beziehen kann. Wird die Fortschrittszahl auf Plangrössen bezogen, so ist sie eine Soll-Fortschrittszahl. Entsprechend werden kumulierte Werte, die sich auf realisierte (Ist-) Werte beziehen, als Ist-Fortschrittszahlen bezeichnet. Aus der Gegenüberstellung von Soll- und Ist-Fortschrittszahlen können unterschiedliche Erkenntnisse abgeleitet werden. Liegt z.b. die Kurve der Ist-Fortschrittszahl oberhalb der Kurve der Soll- Fortschrittszahl, so ist die Fertigung in einer Vorlaufsituation. Der Vorlauf kann einmal in Mengeneinheiten durch den senkrechten Abstand der Kurven ausgedrückt werden oder in Zeiteinheiten durch den waagerechten Abstand. Lagerbestandszahlen ergeben sich durch die Differenz der Fortschrittszahlen aus Lagerzugang und Lagerabgang. Das Fortschrittszahlensystem verschafft somit einen raschen Überblick über den Zuliefer-Fertigungsfortschritt eines Materialflussbereiches. Aufwendige Bestandsführungs- und -reservierungssysteme erübrigen sich. Durch den Vergleich des Ist- Verlaufs mit dem Soll-Verlauf der Fortschrittszahlen lassen sich detaillierte Massnahmen für die Produktionssteuerung (Auftragsüberwachung und -freigabe) als auch -planung (Termin, Mengen, Bedarf,...) ableiten. Durch bspw. das Ablesen eines Vorlaufs bzw. Rückstandes in den Dimensionen Zeit und Menge lässt sich sowohl der technische als auch der zeitliche Kapazitätsabgleich vorbereiten. Darüber hinaus können Auftragsfreigabestrategien nach dem Holprinzip über den Termin (nicht nur Bestand wie KANBAN) durchgeführt werden. V05 S. 18

20 Pull-Prinzipien (I/III) Kanban Puffer Auftrag Rohmateriallager Rohbearbeitung Feinbearbeitung Vormontage Endmontage Fertigwarenlager Karte Karte Karte Karte Informationsfluss Materialfluss Steuerung über bestimmte Anzahl ausgegebener Bestellkarten (jap. KANBAN) Anzahl Karten so lange verringern, bis die Fertigung gerade noch läuft Holprinzip (Pull) geringe Kapitalbindung in Zwischen- und Endlagern geeignet für Groß- und Massenfertigung nach dem Fließprinzip (Automobilindustrie) Seite 19 Anmerkungen zum Bild: KANBAN ist im Rahmen der Lean Production nicht nur eine Technik der Materialbereitstellung sondern auch Philosophie. Das Prinzip KANBAN, oder auch Just-in-time, integriert in seiner Vollendung alle relevanten Zulieferer und Teilfabriken und führt zur vollständigen Beseitigung aller Lagerbestände. Damit werden aber auch alle Sicherheitsnetze systematisch beseitigt. Hierdurch wird jedes Mitglied des umfangreichen Produktionsprozesses aber automatisch gezwungen, Probleme vorausschauend zu erkennen, bevor ernsthafte Störungen entstehen. Die Anfänge des Kanban-Systems gehen in die fünfziger Jahre dieses Jahrhunderts zurück. Zu dieser Zeit war die japanische Wirtschaft gezeichnet durch die in Japan bestehende Raumknappheit und durch den um sich greifenden Kapitalmangel. Diese Gründe zwangen die Unternehmer zu besonderen Anstrengungen, um ihre Lagerbestände zu reduzieren und den Materialfluss innerhalb des Fertigungsbereiches und auch zwischen Betrieben zu rationalisieren. Aus diesem Umdenken in den Betrieben entwickelte sich das Just-in-time-Prinzip (JIT) und als eine besondere Form der Realisierung von JIT das Kanban-System. Das Kanban-System zeichnet sich in erster Linie durch einen geringen Steuerungsaufwand aus und verfolgt darüber hinaus folgende logistischen Ziele: Reduzierung der Materialbestände, Verkürzung der Durchlaufzeiten, Erhöhung der Transparenz des betrieblichen Ablaufs, Steigerung der Arbeitsproduktivität, Zunahme der Flexibilität bezüglich der kurzfristigen Lieferbereitschaft und Erhöhung der Qualitätssicherheit. V05 S. 19

21 Pull-Prinzipien (II/III) Conwip Puffer Auftrag Rohmateriallager Rohbearbeitung Feinbearbeitung Vormontage Endmontage Fertigwarenlager Karte Informationsfluss Materialfluss Conwip Steuerung ist eine Erweiterung des Pull-Prinzips durch Push-Komponenten Einsatz bei größerer Variantenzahl und der Fertigung teurerer Produkte Conwip-Regelkreis umfasst mehrere verkettete Arbeitssysteme Seite 20 Anmerkungen zum Bild: CONWIP steht für Constant Work in Progress, also einen konstanten Umlaufbestand in der Fertigung. Die Fertigungssteuerung nach CONWIP ist eine Erweiterung des Pull-Prinzips durch Push- Komponenten, um einer größeren Variantenzahl und der Fertigung teurer Produkte gerecht zu werden. Im Gegensatz zum klassischen Kanban umfasst der CONWIP-Regelkreis mehrere verkettete Arbeitssysteme. Weiter geht die CONWIP-Karte erst dann an das Systemstart zurück, nachdem sie die ganze Kette von Arbeitssystemen zusammen mit dem Auftrag durchlaufen hat und das gefertigte Produkt aus dem Fertigteilpuffer entnommen wurde. V05 S. 20

22 Pull-Prinzipien (III/III) BOA (Belastungsorientierte Auftragsfreigabe) Disposition Kunde Vorrat Eigenbedarf bekannter Auftragsbestand VH dringender Auftragsbestand Stellrad "Terminschranke" (Parameter Vorgriffshorizont VH) Stellrad "Belastungsschranke" (Parameter Einlastungsprozentsatz EPS) EPS Bestandsniveau freigegebener Auftragsbestand Plankapazität Lager Seite 21 Anmerkungen zum Bild: Die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe (BOA) ist ein in der Durchsetzung stochastisch orientiertes Verfahren. Es wird periodenbezogen angewendet und benutzt den laufend errechneten Auftragsbestand (Zu- und Abgangsfunktion) vor den Arbeitsstationen als zentrale Steuergrösse. Aus dem gesamten Auftragsbestand werden jeweils nur solche Aufträge in den sog. dringenden Auftragsbestand übernommen, die innerhalb eines definierten Vorgriffshorizontes fertig gestellt werden müssen. Für einen in den dringenden Auftragsbestand übernommenen Auftrag wird überprüft, ob die durch diesen Auftrag ausgelösten Belastungsanteile (z.b. Arbeitsgänge auf unterschiedlichen Maschinen) unter einer definierten Belastungsschranke Platz finden. Indirekte Belastungsanteile - sie belasten die betrachtete Arbeitsstation erst nach vorheriger Abarbeitung eines oder mehrerer anderer Arbeitsgänge - werden entsprechend ihrer reduzierten Ankunftswahrscheinlichkeit mit einem ebenfalls reduzierten Belastungsanteil berücksichtigt. Findet auf diese Weise ein beliebiger Arbeitsgang des Auftrags keine freie Kapazität, so wird die Freigabe des gesamten Auftrages zurückgehalten. Vorteil dieses Verfahrens ist die hohe Flexibilität gegenüber Schwankungen auf der Verbrauchsseite. Allerdings führt gerade die Steuerung von Aufträgen mit vielen Arbeitsgängen bei diesem Verfahren häufig zu Problemen. V05 S. 21

23 Produktionsmanagement II - Systemvorführung - Materialflusssimulation: Auswirkung unterschiedlicher Steuerungsstrategien auf die Leistungsfähigkeit eines Produktionssystems (Push/Pull) Seite 22 Vorführung: Simulation Auswirkung unterschiedlicher Steuerungsstrategien auf die Leistungsfähigkeit eines Produktionssystems (Push/Pull) V05 S. 22

24 Was leistet Simulation? Simulation ermöglicht die realitätsnahe Abbildung der tatsächlichen Gegebenheiten sowie eine dynamische Planung, die mit statischen Methoden nicht durchführbar wäre. Erkennen Verändern Bewerten Transparenz der Produktionsabläufe Erkennung von Kapazitätsengpässen Identifizierung verdeckter Schwachstellen Ableitung von Maßnahmen Abhängigkeiten der einzelnen Maßnahmen Was-Wäre-Wenn-Szenarien Bewertung der Maßnahmenwirkung Sensitivität des Systems gegenüber Änderungen (Flexibilitätsreserve) Sensitivität gegenüber Störungen (Störempfindlichkeit) Produktivität des Systems Quelle: WZL Seite 23 V05 S. 23

25 Wie funktioniert eine Simulationsstudie? Variation der Szenarien Versuchsplan Variation des Prod.-programms Änderung der Steuerungsregeln Variationen am Ressourcenmodell... Interpretation Plausibilitätsprüfung Kausalanalyse Optimierungsansätze? Bedarf zur Modellanpassung?... Sukzessiver Erkenntnisgewinn Interpretation Plausibilitätsprüfung Kausalanalyse Optimierungsansätze? Modellanpassung?... Abbildung der Produktion Ausgabe Durchlaufzeit Kapazitätsauslastung Durchsatz Lagerbestände... Seite 24 V05 S. 24

26 Was sind die Leitsätze und Prinzipien der Simulation? GIGO-Prinzip (Garbage In / Garbage Out) Je qualifizierter die Eingangsdaten, desto genauer sind die Ergebnisse. Simulation ist keine Optimierung. Sie ist jedoch ein unerlässliches Werkzeug, um schnell und sicher Optimierungsansätze zu verifizieren. Die Simulation ersetzt keine Planung. Sie bildet jedoch einen Planungsstand ab und kann verschiedene Planungsszenarien schnell und fundiert durchspielen. Simulation ist kein Videospiel. Spezifische animierte Bilder helfen jedoch dem Anwender, schnell Verbesserungspotenziale durch Sehen der Schwachstellen zu erkennen. Quelle: Fa. PPI Im strukturierten Planungsprozess wird so ein Konzept schrittweise optimiert. Seite 25 V05 S. 25

27 Verkettete Maschinenreihe ohne (A) oder mit (B) Pufferplätzen Maschine Puffer Seite 26 V05 S. 26

28 Auftragssteuerung einer Montage Push versus Pull Pull- Steuerung Seite 27 V05 S. 27

29 Bilanz der Vorlesung: Eine effiziente und flexible Produktionslogistik sichert zunehmend den langfristigen Erfolg von produzierenden Unternehmen. Abgeleitet aus der Unternehmensumwelt (Marktdynamik, Kundenverhalten, Wettbewerber, Lieferanten, etc.) legt die strategische Ausrichtung des Unternehmens die primär erfolgsrelevanten Produktionsziele fest. Aus den genannten Faktoren ergibt sich das logistische Leitbild des Unternehmens. Generell werden fünf, sich teilweise widerstrebende Produktionsziele (Polylemma der Produktion) verfolgt: niedrige Kosten, hohe Termintreue, geringe Durchlaufzeiten, geringer Bestand und eine hohe Leistung. Die Produktionsplanung und steuerung nimmt dabei die zentrale Rolle zur Gestaltung und Umsetzung einer effizienten Produktionslogistik ein. Ziel dieser Vorlesung ist es einen Überblick über alle praxisrelevanten Steuerungsmethoden zu geben und bestehende softwaretechnische Lösungen darzustellen. Die Aufgaben der Produktionssteuerung sind das Veranlassen, Überwachen und Sichern der Aufgabendurchführung hinsichtlich Menge, Termin, Qualität und Kosten. Grob können zwei Steuerungsprinzipien unterschieden werden: Pushbzw. Pull-Steuerungen. Diese Prinzipien zeigen die zwei möglichen Ausprägungen einer Produktionssteuerung auf: die deterministischen Push- Steuerungen gegenüber den verbrauchsorientierten Pull-Steuerungen. Abhängig von Fertigungsstruktur (Werkstatt, Insel, Linie, Strasse), Materialflusskomplexität und Variantenzahl ist das geeignete Steuerungsprinzip zu wählen. Im Folgenden werden daher alle relevanten Steuerungsverfahren weiter detailliert dargestellt. Zur Unterstützung der oben genannten Aufgaben der Planung und Steuerung werden seit Jahrzehnten PPS-System eingesetzt. Diese IT-Systeme basieren zumeist auf dem in den 50er Jahren entwickelten MRP-Konzept. Die steigenden Forderungen nach Realitätstreue, Genauigkeit und Geschwindigkeit der Auftragsplanung und steuerung haben zu neuen Anforderungen geführt, die die klassischen Systeme nur noch unzureichend leisten können. Mit neuen Ansätzen wie: Advanced Planning and Scheduling (APS), Einsatz von Multiagentensystemen und Unterstützung durch die Materialflusssimulation wird versucht, die aufgezeigten Mängel zu beheben. V05 S. 28

30 Literaturhinweise: Cox, J.; Goldratt, E.M.: Das Ziel, Höchstleistung in der Fertigung, McGraw-Hill, 1984 Eversheim, W.; Schuh, G.: Betriebshütte, Produktion und Management, Springer- Verlag, 1996 Eversheim, W.; König, W.; Pfeifer, T.; Weck, M.: Wettbewerbsfaktor Produktionstechnik, (AWK 1996), VDI Verlag, Düsseldorf 1996 Kuhn, Axel: Wege zur innovativen Fabrikorganisation, Band 1, Verlag Praxiswissen, 1998 Nyhuis, P.; Wiendahl, H.-P.: Logistische Kennlinien: Grundlagen, Werkzeuge, Anwendungen, 2. Auflage, Springer-Verlag, Berlin, Ortmann, L.: DV Produktion - PPS im Überblick: Strategien und Verfahren zur PPS SYMIX Systems GmbH, Dortmund 2000 Schuh, G.; Wiendahl, H.P.: Komplexität und Agilität, Steckt die Produktion in der Sackgasse, Springer-Verlag, 1997 Günther, H.-O.; Tempelmeier, H.: Produktion und Logistik, Tempelmeier, H. 3. Auflage, Springer-Verlag, 1997 Wiendahl, H.-P.: Fertigungsregelung. Logistische Beherrschung von Fertigungsabläufen auf Basis des Trichtermodells Hanser Verlag, München, Wiendahl, H.-P.: Erfolgsfaktor Logistikqualität, 2. Auflage, Springer-Verlag, Berlin, 2002 Zahn, E.; Zülch, G.: Systematisierung von Strategien der Fertigungssteuerung; In: Organisationsstrategie und Produktion, gmft Verlag, München, 1990 V05 S. 29