Materialbedarfsrechnung. (Material Requirements Planning - MRP)

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1 Produktionslogistik Absatzplanung (Demand Planning) Planung der Fertigungsanlagen (Fabrik Design) Produktionsplanung Produktionssteuerung (Scheduling) Materialfluss (Suppy Chain Management) Lagerhaltung Controlling

2 Produktionsplanung Materialbedarfs Rechnung (MRP) Übersicht Algorithmische Vorgehensweise Nachteile Kapazitätsplanung Übersicht Vorgehensweise Kapazitätsplanung am Beispiel der Halbleiterindustrie

3 Der Bedarf an Rohmaterial und Zwischenprodukten wird aus dem Primärbedarf, den Bestellungen und des Lagerbestands unter Berücksichtigung der Durchlaufszeiten berechnet. Primärbedarf Bestellungen Materialbedarfsrechnung (Material Requirements Planning - MRP) Bedarf an Rohmaterial Bedarf an Zwischenprod. Lagerbestand (Rohmaterial, Zwischenprod.) Produktionsdurchlaufzeiten Bei der Berechnung werden Lagerbestände und ausstehende Lieferungen berücksichtigt. Die Materialbedarfsrechnung ermittelt aus dem Primärbedarf, den Bestellungen und der Durchlaufzeit den terminierten Bedarf an Rohmaterialien und Zwischenprodukten.

4 Das Prinzip der Materialbedarfsrechnung soll an einem einfachen Beispiel dargestellt werden. Produktstruktur Produktionsdurchlaufzeiten Endprodukt 4 1 Endprodukt Zwischenprodukt z.b. 2 Tage z.b. 3 Tage Rohmaterial #1 Zwischenprodukt Primärbedarf bzw. Bestellungen 2 2 Tag n n+1 n+2 n+3 n+4 n+5 Endprodukt Rohmaterial #1 Rohmaterial #2 Die Produktstrukturinformation wird zusammen mit den anderen Produktdaten vom Entwicklungsbereich bereitgestellt. Für das Zwischenprodukt werden jeweils 2 Teile Rohmaterial #1 und Rohmaterial #2 benötigt. Für das Endprodukt werden 1 Zwischenprodukt und 4 Teile Rohmaterial #1 benötigt. Die Produktionsdurchlaufzeiten werden bei der Materialbedarfsrechnung als bekannt vorausgesetzt. Eventuelle Schwankungen, bedingt durch äußere Einflüsse oder Kapazitätsengpässe werden vernachlässigt.

5 Die Materialbedarfsrechnung erstellt periodisch (z.b. täglich) den kumulierten Bedarf an Zwischenprodukten und Rohmaterialien. Endprodukt Tag n-5 n-4 n-3 n-2 n-1 n n+1 n+2 n+3 n+4 n+5 Bedarf Bestand (10) Durchlaufzeit Geplanter Eingang Bedarf Rohmaterial # Bedarf Zwischenprodukt Der MRP-Lauf findet an dem Tag n-5 statt. Zwischenprodukt Tag n-5 n-4 n-3 n-2 n-1 n n+1 n+2 n+3 n+4 n+5 Bedarf Bestand (40) Durchlaufzeit Geplanter Eingang Bedarf Rohmaterial # Bedarf Rohmaterial # Kumulierter Bedarf Tag n-5 n-4 n-3 n-2 n-1 n n+1 n+2 n+3 n+4 n+5 Bedarf Rohmaterial # Bedarf Rohmaterial #

6 Schritte der MRP-Rechnung Netting GeplanterEingang = Bedarf - Bestand Lot Sizing Falls keine tägliche Lieferung erfolgt, dann wird der Geplante Eingang mehrerer Tage zusammengefasst. Time Phasing Die Durchlaufzeit anwenden. BOM Explosion Die Stückliste auflösen und den Teilebedarf bestimmen. Iterate Wiederholung der Schritte bis die unterste Ebene der Stückliste erreicht ist.

7 Probleme mit MRP Keine Berücksichtigung der Produktions- oder Zulieferkapazität -> Separate Kapazitätsplanung durchführen und mit der beschränkten Kapazität die MRP-Rechnung wiederholen. Nervosität Kleine Änderungen des Bedarfs können zu großen Verschiebungen des Resultats führen. Dies kann bei periodisch durchgeführten MRP-Läufen zu Irritationen führen. -> Fest geplante Bestellungen werden eingeführt, so dass die Schwankungen reduziert werden.

8 Das Ziel der Kapazitätsplanung ist die Ermittlung der notwendigen Maschinen- oder Personalkapazität. Terminierter Bedarf Kapazitätsplanung (engl. Capacity Requirements Planning - CRP) Kapazitätsbedarf Arbeitsplan Maschinenlaufzeiten & Rüstzeiten In der Kapazitätsplanung wird for mehrere Produktionsperioden aus dem vorgegebenen terminierten Bedarf mit dem Arbeitsplan, den Maschinenlaufzeiten und Rüstzeiten der Kapazitätsbedarf je Maschine oder Maschinengruppe abgeleitet. Die Kapazitätsplanung wird periodisch mit einem rollierenden Horizont durchgeführt. Engpäße sollen mit Hilfe der Kapazitätsplanung frühzeitig erkannt werden, um rechtzeitig Gegenmaßnahmen einzuleiten.

9 Die installierte Rohkapazität kann planerisch nicht voll ausgeschöpft werden, da mit Maschinenstörungen und Standzeiten gerechnet werden muß. Kapazität über der Zeit Rohkapazität Kapazität Geplante Kapazität Aktuell vorhandene Kapazität Zeit Die aktuelle Kapazität sollte möglichst nahe der geplanten Kapazität sein, um einerseits keine Kapazität zu verschwenden und andererseits auch keine Überlastung der Produktion zu planen.

10 Die Kapazitätsplanung findet auf den drei Ebenen strategische, taktische und operationale Planung statt. Strategische Planung (6 Monate bis 1 Jahr) 2004 JANUARY MARCH Taktische Planung (1 Woche bis 6 Monate) Operationale Planung (Real Time bis 1 Woche)

11 Arbeitsplan, Maschinenlaufzeiten und Durchlaufzeiten bilden die Grundlage für die operationale Kapazitätsplanung. Arbeitsplan und Maschinenlaufzeiten Endprodukt Arbeitsschritt 1 von 2 Maschine A 5 Minuten Arbeitsschritt 2 von 2 Maschine B 10 Minuten Zwischenprodukt Arbeitsschritt 1 von 3 Maschine A 5 Minuten Arbeitsschritt 2 von 3 Maschine C 3 Minuten Arbeitsschritt 3 von 3 Maschine B 2 Minuten Durchlaufzeit Zwischenprodukt 3 Tage DLZ Endprodukt 2 Tage DLZ Der Kapazitätsbedarf ist nicht auf den Tag genau planbar wenn die Durchlaufzeit eines Arbeitsschrittes, bedingt durch Wartezeiten, länger als ein Tag ist. Für das Beispiel wird angenommen, daß der Kapazitätsbedarf am letzten Tag der Durchlaufzeit anfällt. Das Rohmaterial soll am Anfang der Durchlaufzeit bereitgestellt werden. Die Produktion nützt die Durchlaufzeit um kostenoptimal zu produzieren. Es kann zum Beispiel eine Rüstoptimierung durchgeführt werden.

12 Es ergeben sich die Kapazitätsauslastungen pro Maschine und Tag. Produktionsmenge für Tag n Maschinenlaufzeiten in Minuten Maschine A Maschine B Maschine C Endprodukt 90 90*5 = *10 = 900 Zwischenprodukt 70 70*5 = * 2 = * 3 = Die erforderlichen Maschinenlaufzeiten müssen mit der vorhandenen Kapazität verglichen werden. Maschine A Maschine B Maschine C Arbeitszeit (Minuten/Tag) Pausen (Minuten/Tag) Wartung (Minuten/Tag) Ausfälle (Minuten/Tag) Vorhandene Kapazität (Minuten/Tag) Notwendige Kapazität (Minuten) Auslastung 77% 102% 28%

13 Die Kapazitätsplanung wird periodisch oder im Bedarfsfall durchgeführt. Zu dem Thema Kapazitätsplanung wurde eine Umfrage in europäischen und amerikanischen Halbleiterlinien durchgeführt. Frage: Woher wissen Sie, daß Sie ein Kapazitätsproblem haben? There is an increase in the level of screaming. When Sam comes up and tells us. There are a bunch of people waiting for me at my desk. WIP pile up.... Arbeiter sind müde... Cycle time increases for a portion (or all) of the line.

14 Das Arbeitsumfeld eines Kapazitätsplaners auf der taktischen Ebene. Ein Kapazitätsplaner pro Fertigungslinie. Die Position hat eine hohe Sichtbarkeit in dem Unternehmen. Die Unterschätzung der Kapazität ist sicherer als eine Überschätzung. Es besteht der Zielkonflikt zwischen Kosten und Durchlaufzeit (bzw. Variabilität).

15 Warum ist die taktische Kapazitätsplanung so interessant? Hoch Möglichkeit der Kostenbeeinflussung Datengenauigkeit Niedrig Strategisch Taktisch Operational Die Kosten können noch stark beeinflußt werden. Es existieren einigermaßen zuverlässige Daten.

16 Die wesentlichen Schritte in der Kapazitätsplanung sind die Informationserhebung, Grobanalyse, Feinanalyse und Entscheidung. Trigger Schritt 1 Informationen sammeln. Schritt 2 Spreadsheet ähnliches Modell entwerfen. Schritt 3 Grobanalyse; Auswahl der besten Alternativen. Schritt 4 Detaillierte Analyse; Mehr Informationen sammeln. Schritt 5 Vorschläge ableiten. Schritt 6 Entscheidung (Zustimmung vom Management).

17 Es werden die drei Verfahren Spreadsheet, Simulation und Warteschlangenanalyse für die Kapazitätsplanung angewendet. Spreadsheet ähnliche Verfahren Simulation Warteschlangenanalyse Kombinationen von den oben angeführten Verfahren Die Umfrage zeigt, daß die Mehrheit der Befragten die Kapazitätsplanung als mittelmäßig genau bezeichnen.

18 Kategorien für die Klassifizierung von Modellen. Die Verfahren basieren auf Modellen, die nach vier Kategorien klassifiziert werden können. 1 Statisch vs. dynamisch Statisch : Systembeschreibung ohne Berücksichtigung der zeitlichen Abhängigkeiten. Dynamisch : Berücksichtigt zeitliche Abhängigkeiten des Systems. 2 Deterministisch vs. probabilistisch Deterministisch : Die Einflußgrößen werden als genau bekannt vorausgesetzt. Probabilistisch : Die Einflußgrößen werden als stochastischer Prozeß beschrieben. 3 Absolut vs. realtiv Absolut : Die Ergebnisse sollen genau mit dem realen System übereinstimmen. Relativ : Die Ergebnisse sollen als relative Größen verstanden werden. 4 Beschreibend vs optimierend Beschreibend : Man erhält das Systemverhalten zu einer gegebenen Konfiguration. Optimierend : Die beste Systemkonfiguration wird gesucht.

19 Jedes der Modelle hat Vor- und Nachteile. Statisch vs. Dynamisch Deterministisch vs. Probabilistisch Absolut vs. Relativ Beschreibend vs. Optimierend Spreadsheet Statisch Deterministisch Relativ Beschreibend Warteschlangent heorie Dynamisch Probabilistisch Relativ Beschreibend Simulation Dynamisch Probabilistisch Absolut Beschreibend Vorteile Nachteile Spreadsheet +Einfach zu benutzen +Einfach zu verstehen +Schnell Warteschlangentheorie +Erfaßt dynamisches Verhalten +Bestimmt Durchlaufzeiten +Relativ einfach zu interpretieren +Relativ schnell Simulation +Potentiell sehr genau +Jede Detaillierung kann erfaßt werden +Wenig Einschränkungen Spreadsheet -Statisch -Deterministisch -Keine Durchlaufzeit oder Bestände Warteschlangentheorie -Annahmen nicht immer gerechtfertigt -Nicht sehr detailliert -Liefert nur relativ genaue Ergebnisse Simulation -Langsam -Kann irreführend sein -Statistische Ergebnisaufbereitung notwendig

20 Mit dem Detaillierungsgrad der abgebildet werden kann, steigen auch die Schwierigkeiten der Anwendung und der Interpretation. Schwierigkeit der Interpretation & Potentielle Genauigkeit der Ergebnisse Spreadsheet Simulation Warteschlangentheorie Detaillierungsgrad Man sollte jedoch immer beachten daß die Datengenauigkeit von entscheidender Bedeutung ist. (Garbage in, garbage out.)

21 Das Spreadsheet-Verfahren kann Variabilität nicht quantitativ erfassen und nimmt daher einen pauschalen Abzug vor. Verlustfaktoren Maschine Verfügbarkeit 100% Ausfälle -10% Wartung -2% Test (Engineering) -5% Rüsten -3% Nutzbare Kapazität 75% Planerisch verfügbar : 75% * (100% - 25%) = 56% (bzw Stunden/Tag) Warum 25% Abzug? Da die Störungen zufällig auftreten und auch die Teileankünfte praktisch zufällig sind, tritt eine Variabilität auf. Diese Variabilität muß berücksichtigt werden, um eine stark ansteigende Durchlaufzeit zu verhindern. Es wird daher pauschal ein Abzug vorgenommen, der unbedingt notwendig ist, wie die Erfahrung gezeigt hat, der aber mit der Spreadsheet-Methode nicht quantizierbar ist. Dieser Abzug wird oft als Catchup Capacity oder Contingency bezeichnet.

22 Zusammenfassung der Vorgehensweise. Maschinenebene 1. Rohkapazität - Kapazitätsverlust = Nutzbare Kapazität 2. Nutzbare Kapazität - Abzug für Variabilität = Verfügbare Kapazität Fabrikebene 3. Berechne Durchsatz für jeden Prozeßschritt 4. Berechne notwendige Maschinenlaufzeiten für jede Maschinengruppe Wieviele Maschinen werden benötigt? Welche Kapazität hat die Fabrik bei einem gegebenen Maschinenpark? 5a. Berechne Anzahl Maschinen für jede Maschinengruppe 5b. Berechne Kapazität für jede Maschinengruppe. Die Maschinengruppe mit niedrigster Kapazität limitiert Fabrik Die ganze Vorgehensweise arbeitet mit der Auslastung der Maschinen als Leistungsgröße um die Kapazität zu berechnen. Das Verfahren ist einfach zu implementieren und gut zu verstehen. Es wird angenommen, daß die Maschinen sich gegenseitig nicht beeinflussen.

23 Die Kapazität einer Fabrik hängt von der Durchlaufzeit ab. Durchlaufzeit / Rohprozeßzeit Charakteristische Kurve Durchsatz (Wafer/Tag) Um ein Verhältnis der Durchlaufzeit zur Rohprozeßzeit von zum Beispiel 4 nicht zu überschreiten darf die Fertigungslinie mit nicht mehr als 75 Wafer/Tag belastet werden. Die charakteristische Kurve kann mit mehreren Auswertungsläufen von einem Warteschlangenwerkzeug oder einem Simulator erzeugt werden. Die Frage nach den benötigten Maschinen für einen gewünschten Durchsatz gibt es leider keine einfache Vorgehensweise. Der optimale Maschinenpark kann nur iterativ eingegrenzt werden.

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