Leitfaden zur Einführung von CONWIP

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1 Leitfaden zur Einführung von CONWIP Brückenschlagprogramm Embedded Conwip FFG FH OÖ Fakultät für Management Campus Steyr Wehrgrabengasse 1 3 A 4400 Steyr Erstellt von: Dipl. Ing. (FH) Klaus Altendorfer Dipl. Ing Martin Dickbauer Dipl. Ing. (FH) Alexander Hübl Prof. (FH) Dr. Herbert Jodlbauer Dr. Sonja Reitner Steyr, Juni 2010

2 Inhaltsverzeichnis 2 Inhaltsverzeichnis INHALTSVERZEICHNIS... 2 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS / GLOSSAR ZIEL UND AUFBAU DES LEITFADENS DIE PRODUKTIONSPLANUNGSMETHODE CONWIP Grundidee von CONWIP Funktionsweise Parameter Auftragsliste zum Einsatz von CONWIP Durchlaufzeit und Umlaufbestand bei CONWIP Stärken von CONWIP Schwächen von CONWIP ANWENDBARKEIT VON CONWIP IN DER PRAXIS Kriterienkatalog für den Einsatz von CONWIP Integration von CONWIP in ein MRP II Konzept Integration der Beschaffung in CONWIP PARAMETEREINSTELLUNG FÜR CONWIP Umlaufbestandsgrenze Vorgriffshorizont Kapazitätstrigger Einlastregel Abarbeitungsregel ERGÄNZENDE THEMEN Mehrere CONWIP Kreisläufe Umsetzung von CONWIP in SAP R/ Einbindung von Fremdbearbeitung LITERATURVERZEICHNIS... 45

3 Abkürzungsverzeichnis / Glossar 3 Abkürzungsverzeichnis / Glossar ATP CONWIP DLZ KE KVP KW MPS MRP II MRP MTO MTS WAW WIP ZE Available to promise Constant work in process Durchlaufzeit Kapazitätseinheiten kontinuierlicher Verbesserungprozess Kalenderwoche Master production schedule Manufacturing resources planning Material requirement planning Make to order (Kundenproduktion) Make to stock (Lagerproduktion) Work ahead window (Vorgriffshorizont) Work in process (Umlaufbestand) Zeiteinheiten

4 Ziel und Aufbau des Leitfadens 4 1 Ziel und Aufbau des Leitfadens Um die Ziele, die in der logistischen Positionierung eines Unternehmens gesetzt werden, zu erreichen, ist es notwendig, die Produktionsplanung und Steuerung bestmöglich zu gestalten. Das Wissen um verschiedene PPS Systeme und deren Parameter ist für diese Zielsetzung unabdingbar. Deshalb wird in diesem Leitfaden die noch nicht sehr weit verbreitete Produktionssteuerungslogik CONWIP vorgestellt. Neben der grundsätzlichen Funktionsweise und den notwendigen Parametern von CONWIP geht es in diesem Leitfaden vor allem um die praktische Umsetzung dieser Produktionsplanungsmethode im Unternehmen. D. h. es wird konkret auf die Bestimmung der CONWIP Parameter eingegangen und es werden auch zusätzliche Themen wie die Einbindung von Fremdbearbeitung oder die Umsetzung in SAP R/3 behandelt. Der Aufbau des Leitfadens ist folgendermaßen gestaltet: Im Kapitel 2 geht es um die Themen Was ist CONWIP? Welche Parameter müssen bei diesem Steuerungssystem eingestellt werden? Welche Stärken und Schwächen hat dieses Steuerungssystem? Kapitel 3 behandelt die Anwendbarkeit von CONWIP in der Praxis, es gibt dort einen Kriterienkatalog für den Einsatz von CONWIP und es wird dargestellt wie sich CONWIP in ein MRP II Konzept integrieren lässt. Kapitel 4 beschäftigt sich mit der Parametereinstellung und den dazu notwendigen Methoden. Im Kapitel 5 werden noch zusätzliche Themen, die sich bei der Umsetzung ergeben können, aufgegriffen. Hier werden hilfreiche Analysemethoden vorgestellt und es wird dargestellt, in welchen Fällen mehrere CONWIP Kreise vorteilhaft sein können. Weiters wird auf eine mögliche Einbindung von Fremdbearbeitung eingegangen und die Umsetzung von CONWIP in SAP R/3 thematisiert. Dieser Leitfaden ist im Rahmen des Forschungsprojektes Embedded Conwip entstanden. Das Projekt wurde im Rahmen eines Brückenschlagprogramms vom FFG gefördert.

5 Die Produktionsplanungsmethode CONWIP 5 2 Die Produktionsplanungsmethode CONWIP Diese grundlegende Beschreibung wurde aus [8] teilweise übernommen und adaptiert. 2.1 Grundidee von CONWIP CONWIP ist die Kurzform von Constant Work in Process. Diese Produktionssteuerungslogik zielt darauf ab, den Umlaufbestand in der Fertigung zu beschränken. Es darf nur neue Arbeit in die Fertigung eingelastet werden, wenn ein fertiger Auftrag die Fertigung verlässt. Der Umlaufbestand in der Fertigung wird daher für CONWIP nicht mit dem Materialwert angesetzt sondern bezieht sich auf den Arbeitsinhalt. Vorteil dieser Vorgehensweise ist einerseits, dass eine Überlastung der Fertigung durch ungebremstes Einlasten von Fertigungsaufträgen vermieden wird und andererseits, dass durch einen beschränkten Umlaufbestand auch die Durchlaufzeit beschränkt ist. Es wird also versucht durch eine Komplexitätsreduktion in der Produktionsplanung auf einfachem Wege gute Planungsergebnisse zu erzielen. Die CONWIP Produktionssteuerungslogik ist von Spearman/Woodruff/Hopp [26] 1990 als Weiterentwicklung von Kanban vorgestellt worden. Im europäischen Umfeld ist diese Art der Produktionsplanung noch relativ unbekannt, obwohl sich deren Einsatz in vielen Anwendungsfällen als vorteilhaft erweisen kann. In einer Untersuchung von Jodlbauer/Huber [20] wird beispielsweise aufgezeigt, dass in einer Fließfertigung durch den Einsatz von CONWIP eine höhere Liefertreue bei einem geringeren Bestand im Vergleich zu Kanban erreicht werden kann. Die Ergebnisse des von Jodlbauer/Gmainer [19] vorgestellten PPS Planspiels lassen ebenfalls darauf schließen, dass CONWIP eine Verbesserung gegenüber MRP oder Kanban bringen kann. In diesem Planspiel wird durch die Teilnehmer eine Fertigungslinie mit 5 Maschinen bedient, wobei zur Fertigungssteuerung MRP, Kanban und CONWIP möglich sind. Bezogen auf das Ziel 100% Liefertreue bei möglichst geringem Bestand zu erreichen zeigt sich an den Ergebnissen, dass CONWIP diese Anforderung am besten erfüllt. 2.2 Funktionsweise Ausgangspunkt der Produktionsplanung mit CONWIP stellt eine Fertigungsauftragsliste dar. Diese kann entweder direkt aus Kundenaufträgen oder aus Lageraufträgen bestehen, wobei neue Aufträge über ein MPS System (Master Production Schedule), das unabhängig von der Produktionssteuerungslogik arbeitet, hinzugefügt werden. Ausgehend von dieser Liste wird die Produktionsfreigabe für die Fertigung durchgeführt. Hierbei wird das Material für den ersten Fertigungsschritt freigegeben (siehe auch Abbildung 1). Für die Produktionsfreigabe sind die drei Parameter Umlaufbestandsgrenze, Vorgriffshorizont und die Einlastregel entscheidend (Eine genauere Beschreibung der Parameter folgt in Abschnitt 2.3). Material darf nur dann für die Fertigung freigegeben

6 Die Produktionsplanungsmethode CONWIP 6 werden, wenn durch den neu eingelasteten Fertigungsauftrag die Umlaufbestandsgrenze nicht überschritten wird und der freizugebende Fertigungsauftrag seinen Planungsfreigabetermin bereits überschritten hat. Der Planungsfreigabetermin errechnet sich aus Zieltermin minus Vorgriffshorizont und definiert den Zeitpunkt, ab wann ein Auftrag für die Planung zur Verfügung steht. Ist ein eindeutiger Engpass identifizierbar, wird in der Regel der Umlaufbestand auf den Arbeitsinhalt des Engpasses bezogen; in allen anderen Fällen wird die Summe der Vorgabezeiten entlang des Fertigungspfades herangezogen. Es wird also immer wenn ein Fertigungsauftrag die Fertigung verlässt überprüft, ob nun wieder Material freigegeben werden darf (siehe Abbildung 1). Weiters werden die für die Planung freigegebenen Fertigungsaufträge nach der Einlastregel priorisiert. Innerhalb der Fertigung werden die Fertigungsaufträge nach dem Push Prinzip weiter geschoben. Abbildung 1: Funktionsweise CONWIP 2.3 Parameter Bei einer CONWIP Steuerung können folgende Einstellparameter variiert werden: Umlaufbestandsgrenze Vorgriffshorizont Kapazitätstrigger Einlastregel Abarbeitungsregel Die Umlaufbestandsgrenze ist der Arbeitsinhalt, der sich maximal in einem CONWIP Kreislauf befinden darf. Diese Grenze darf auf keinen Fall überschritten werden, auch nicht, wenn die erste Arbeitsstation zum Stehen kommt. Dieser Parameter ist so zu wählen, dass die aktuelle Engpass

7 Die Produktionsplanungsmethode CONWIP 7 maschine immer mit Material versorgt ist. Eine Reduktion der Umlaufbestandsgrenze zieht automatisch eine Reduktion des Umlaufbestandes und eine Reduktion der Produktionsdurchlaufzeit nach sich. Wird die Umlaufbestandsgrenze zu weit reduziert, werden sowohl die Ausbringungsmenge als auch die Liefertreue negativ beeinflusst. In Abbildung 1 kann der Umlaufbestand sowohl aus der Auftragsliste als auch aus den Bestandlisten vor den Arbeitstationen abgelesen werden. Bei Einführung eines CONWIP Systems kann die Umlaufbestandsgrenze eher großzügig eingestellt werden und im Zuge einer kontinuierlichen Verbesserung ständig reduziert werden. Der Vorgriffshorizont gibt an, wie weit in die Zukunft Aufträge zur Planung freigegeben werden. Er stellt sicher, dass in einer länger andauernden absatzschwachen Periode nicht unnötig viele Aufträge in die Fertigung eingelastet werden. Für jeden Fertigungsauftrag lässt sich aus dem Term Zieltermin minus Vorgriffshorizont der Planungsfreigabetermin errechnen. Das CONWIP gesteuerte Produktionssystem reduziert also in einer lang andauernden absatzschwachen Periode automatisch den Umlaufbestand, und damit die Ausbringungsmenge auf das Niveau, das der Markt nachfragt. Ein Vorgriffshorizont, der zu groß eingestellt ist, vergeudet das Potential der Bestandsreduktion in auftragsschwachen Zeiten. Im Gegenzug kann ein zu knapp eingestellter Vorgriffshorizont eine schlechte Liefertreue verursachen. In Abbildung 1 ist bei den Fertigungsaufträgen im letzten Teil der Auftragsliste der Planungsfreigabetermin noch nicht erreicht, daher muss auch noch nicht für all diese Aufträge Rohmaterial vorhanden sein. Auch der Vorgriffshorizont sollte zu Beginn großzügig ausgelegt und durch Reduktion, wie beim Umlaufbestand, der optimale Wert gefunden werden. Der Kapazitätstrigger hilft frühzeitig zu erkennen, dass Zusatzkapazitäten in Form von Überstunden, Zusatzschichten, Leasingarbeitern oder auch Fremdbezug notwendig sind, um weiterhin eine hohe Liefertreue sicherzustellen. Der Kapazitätstrigger beschreibt jenen Arbeitsinhalt, der innerhalb eines festgelegten Zeitraums (Kapazitätsplanungshorizont) maximal abgearbeitet werden kann. Wird dieser Wert überschritten, so sind Zusatzkapazitäten bereit zu stellen. Der Kapazitätsplanungshorizont ist unabhängig vom Vorgriffshorizont zu definieren und orientiert sich an der Vorlaufzeit die notwendig ist, um z. B. ein geeignetes Schichtmodell festzulegen. Ein zu klein eingestellter Kapazitätstrigger neigt zur Bereitstellung von Zusatzkapazitäten, obwohl es nicht notwendig wäre. Ein zu groß eingestellter Kapazitätstrigger wird zu spät oder überhaupt nicht den Bedarf an Zusatzkapazitäten melden. Als Näherung für den Kapazitätstrigger kann der durchschnittliche Durchsatz multipliziert mit dem Kapazitätsplanungshorizont angesetzt werden. Zusätzlich zur Erkennung von drohender Überlastung kann auch eine nahende Unterauslastung des Personals durch den Kapazitätstrigger ermittelt werden. Liegt also die Summe der Arbeitsinhalte innerhalb des Kapazitätsplanungshorizonts, die noch nicht fertiggestellt sind, weit unter dem Kapazitätstrigger, so kann beispielsweise in bestimmten Bereichen eine Arbeitsschicht entfallen.

8 Die Produktionsplanungsmethode CONWIP 8 Die Einlastregel bestimmt die Freigabereihenfolge der Aufträge, die noch nicht für die Produktion freigegeben sind und deren Planungsfreigabetermin schon erreicht ist, für die Fertigung. Die Standard Einlastregel nach Spearman/Woodruff/Hopp [26] ist die Liefertermin Regel. Hierbei wird immer jener Auftrag als nächstes freigegeben der den frühesten Zieltermin hat. Für Fließfertigungssysteme ist dies eine sehr geeignete Regel. Für Werkstattfertigungen kann es vorteilhaft sein eine Regel zu verwenden, die den Arbeitsinhalt im Vergleich zum Zieltermin berücksichtigt. Dies kann beispielsweise die Schlupfzeitregel sein. In Abbildung 1 wird aus der sortierten Auftragsliste immer der oberste Auftrag der bereits für die Planung freigegeben ist auch für die Produktion freigegeben. Die Abarbeitungsregel entscheidet innerhalb der Fertigung welcher Auftrag vor einer bestimmten Arbeitsstation als nächstes zu bearbeiten ist. Standardmäßig wird die Wartezeitregel verwendet. Hierbei wird immer jener Auftrag bevorzugt, der bereits am längsten in der Fertigung ist, also bereits die höchste Wartezeit im Gesamtsystem hat. Diese führt bei Fließfertigungssystemen zu sehr guten Ergebnissen. Für eine Werkstattfertigung kann es vorteilhaft sein Abarbeitungsregeln, die den Arbeitsinhalt und den Zieltermin beinhalten, zu verwenden. Das CONWIP System, eingesetzt in der Kundenauftragsfertigung, ist besonders empfindlich auf Ausschuss oder Nacharbeit, wodurch diese immer mit höchster Priorität im Sinne der Abarbeitungsregel versehen werden muss. In Abbildung 1 sind alle Auftragslisten vor den Arbeitsstationen nach der Abarbeitungsregel sortiert. Diese Auftragslisten werden nicht im Voraus geplant, sondern ergeben sich aus der Push Systematik von CONWIP. 2.4 Auftragsliste zum Einsatz von CONWIP Das bereits beschriebene CONWIP System kann über eine sehr einfach gestaltete Auftragsliste sowohl für das Produktionsplanungspersonal als auch für die Mitarbeiter in der Fertigung strukturiert umgesetzt werden. In Abbildung 2 ist eine Liste von Fertigungsaufträgen dargestellt, in der alle Parameter von CONWIP eingetragen sind. Diese entspricht genau jener Liste, die auch in Abbildung 1 verwendet wird. Die erste Spalte gibt die Auftragsnummer der Fertigungsaufträge an. Die 2. Spalte zeigt den Arbeitsinhalt, der für den jeweiligen Auftrag in der Fertigung benötigt wird. In der Spalte Priorität wird die Priorität der Aufträge anhand der angewendeten Einlast bzw. Abarbeitungsregel eingetragen. In der Spalte Status wird angegeben, wo sich der Auftrag befindet. Die Spalte Zieltermin gibt an, wann der Auftrag ausgeliefert werden muss. Die Auftragsliste gliedert sich grundsätzlich in vier Bereiche, die durch den Status der Aufträge bestimmt werden. Aufträge mit dem Status im Fertigteilelager, als oberster Bereich markiert, werden für die Steuerung der Fertigung nicht mehr berücksichtigt.

9 Die Produktionsplanungsmethode CONWIP 9 Die Summe der Arbeitsinhalte aller Aufträge mit dem Status in Produktion, als zweiter Bereich von oben markiert, darf die Umlaufbestandsgrenze nicht überschreiten. In diesem Beispiel wurde ein Grenzwert von 115 h festgelegt, der nicht überschritten werden darf. Derzeit befindet sich ein Arbeitsinhalt von 113 h in der Produktion. Das ergibt eine freie Kapazität von 2h. Da der nächste noch nicht zur Produktion freigegebene Auftrag mit der Nummer AB 7 h benötigt, darf er noch nicht in die Produktion. Erst wenn der Auftrag F, mit einem Arbeitsinhalt von 5 h, fertig gestellt wurde, sind wieder 7 h an freier Kapazität vorhanden und der Auftrag AB kann zur Produktion freigegeben werden. Innerhalb aller Aufträge mit dem Status in Produktion werden die Aufträge für die Bearbeitung nach der Abarbeitungsregel sortiert und entsprechende Prioritäten vergeben. Alle Aufträge, deren Planungsfreigabetermin schon erreicht ist, die aber aufgrund der Umlaufbestandsgrenze nicht auf den Status in Produktion gesetzt werden können, erhalten den Status nicht freigegeben für Produktion und sind als vorletzter Bereich markiert. Der Planungsfreigabetermin ist der Zieltermin minus Vorgriffshorizont. In dem angeführten Beispiel wurde ein Vorgriffshorizont von 24 Tagen gewählt. D. h. bei einem aktuellen Datum können alle Aufträge, deren Zieltermin kleiner oder gleich dem ist, zur Planung freigegeben werden. Innerhalb dieses vorletzten Bereiches werden die Aufträge nach der Einlastregel sortiert und entsprechende Prioritäten vergeben. In diesem Beispiel wurde die Lieferterminregel verwendet. Das bedeutet, dass die Aufträge höher priorisiert werden, die einen früheren Liefertermin haben. Jene Aufträge, deren Planungsfreigabetermin noch nicht erreicht ist, werden mit dem Status nicht freigegeben für Planung versehen und sind als unterster Bereich markiert. Überschreitet die Summe der Arbeitsinhalte aller Aufträge innerhalb des Umlaufbestandes und jener die für die Planung freigegeben sind den Kapazitätstrigger, so sind Überstunden, Zusatzschichten oder Leasingarbeiter notwendig um nicht in Lieferverzug zu kommen. Der Kapazitätstrigger wurde in diesem Beispiel mit 150 h angesetzt. Addiert man die Arbeitsinhalte aller Aufträge im Vorgriffshorizont, die noch nicht fertiggestellt sind, so erhält man 158 h. Das bedeutet, dass für die 8h, die darüber hinaus gehen, zusätzliche Kapazitäten zur Verfügung gestellt werden müssen. Diese einfache Liste vereint also alle für CONWIP notwendigen Parameter und kann direkt zur Steuerung der Fertigung verwendet werden.

10 Die Produktionsplanungsmethode CONWIP 10 CONWIP Auftragsliste Auftrag Arbeitsinhalt Priorität Status Zieltermin E 3 humlaufbestandsgrenze im Fertigteilelager 13.Sep C 7 Arbeitsinhalt h in Fertigung = 113 h im Fertigteilelager 14.Sep B muss 5 h kleiner Umlaufbestandsgrenze im Fertigteilelager 15.Sep = 115h sein A 3 h im Fertigteilelager 16.Sep G 7 h im Fertigteilelager 17.Sep F 5 h in Produktion 18.Sep D 9 h Abarbeitungsregel in Produktion 18.Sep I 3 h Auftragsreihung in Produktion 19.Sep K 7 h innerhalb Produktion der 20.Sep Produktion nach J 5 h in Produktion 21.Sep Wartezeitregel. H 9 h in Produktion 21.Sep M 3 h in Produktion 22.Sep O 7 h in Produktion 23.Sep N 5 h in Produktion 24.Sep L 9 h in Produktion 24.Sep Umlaufbestand Maximum = 115 h Offener Arbeitsinhalt innerhalb Vorgriffshorizont Maximum = 150 h für Kapazitätstrigger Abarbeitungsregel = Wartezeitregel Q 3 h Vorgriffshorizont in Produktion 25.Sep S 7 h Alle in Aufträge Produktion deren 26.Sep Zieltermin minus R 5 h in Produktion 27.Sep Vorgriffshorizont P 9 h größer in als Produktion das aktuelle 27.Sep U 3 h Datum in ist, Produktion werden für 28.Sep W 7 h die in Produktion Planung 29.Sep freigegeben. V 5 h in Produktion 30.Sep T 9 h in Produktion 30.Sep Y 3 h in Produktion 01.Okt Summe 113 h AB 7 h n. f. für Produktion 02.Okt Z 5 h n. F. Einlastregel für Produktion 03.Okt X 9 h n. Auftragsreihung F. für Produktion vor 03.Okt AD 3 h der n. F. Produktion für Produktion nach 04.Okt Liefertermin-Regel. AF 7 h n. F. für Produktion 05.Okt AE 5 h n. F. für Produktion 06.Okt AC 9 h n. f. für Produktion 06.Okt Summe 158 h Einlastregel = Liefertermin- AH 3 h n. f. für Planung 07.Okt Kapazitätstrigger AK 7 h Arbeitsinhalt innerhalb n. f. für Planung 08.Okt AJ 5 h Vorgriffshorizont =158h > 150 h n. f. für Planung 09.Okt AG 9 h daher sind Überstunden n. f. für Planung 09.Okt notwendig AL 9 h n. f. für Planung 12.Okt Vorgriffshorizont = 24 Tage Aktuelles Datum: 12. September n. f... nicht freigegeben Abbildung 2: Auftragsliste CONWIP 2.5 Durchlaufzeit und Umlaufbestand bei CONWIP Hier wird der Zusammenhang zwischen Durchlaufzeit, Umlaufbestand und Ausbringungsmenge bei einer CONWIP Steuerung beschrieben. Unter der Durchlaufzeit (DLZ) wird die Zeit ab der Auftragsfreigabe bis zur Auslieferung an den Kunden verstanden, d. h. neben der Produktionsdurchlaufzeit ist auch die Liegezeit im Fertigwarenlager inkludiert. Gemessen wird die Durchlaufzeit in Zeiteinheiten (ZE), also z. B. in Tagen.

11 Die Produktionsplanungsmethode CONWIP 11 Der Umlaufbestand (WIP) wird in Kapazitätseinheiten gemessen, die nicht notwendigerweise mit den Zeiteinheiten der Durchlaufzeit übereinstimmen müssen. Die Ausbringungsmenge soll in Stück pro Zeiteinheit angegeben werden, also z. B. in Stück pro Tag. Dann kann aus Little s Law folgender Zusammenhang zwischen diesen drei Größen abgeleitet werden: Umlaufbestand Durchlaufzeit Ausbringungsmenge c Der Faktor c dient der Umrechnung von KE auf Stück und gibt an, wie viel KE für die Herstellung von einem Stück benötigt werden. Ist bei einer CONWIP Steuerung die Ausbringungsmenge relativ gering, dann stimmt die Durchlaufzeit mit dem Vorgriffshorizont (WAW) überein. In diesem Bereich mit konstanter Durchlaufzeit steigt laut Little s Law der Umlaufbestand linear mit der Ausbringungsmenge an (siehe Abbildung 3). Erreicht der Umlaufbestand die Umlaufbestandsgrenze (WIP Cap), so kann der Umlaufbestand nicht mehr weiter ansteigen, sondern bleibt konstant. Bei konstantem Umlaufbestand folgt aus Little s Law ein indirekt proportionaler Zusammenhang zwischen Durchlaufzeit und Ausbringungsmenge. D. h. eine Verdoppelung der Ausbringungsmenge reduziert die Durchlaufzeit auf die Hälfte. Diese Zusammenhänge sind alle in der folgenden Grafik veranschaulicht. Es ist dort klar ersichtlich, dass bei einer CONWIP Steuerung sowohl der Umlaufbestand als auch die Durchlaufzeit beschränkt sind. Abbildung 3: Durchlaufzeit (DLZ) und Umlaufbestand (WIP) bei CONWIP

12 Die Produktionsplanungsmethode CONWIP Stärken von CONWIP CONWIP vereint die Vorteile der Fertigungssteuerung über Bestände von Kanban mit dem Push Ansatz von MRP, wodurch das Material innerhalb der Fertigung einfach weiter geschoben wird. Die mögliche Kundenorientierung von MRP (Es können bei MRP entweder Lageraufträge oder Kundenaufträge in die Fertigung eingelastet werden.) wurde ebenfalls in die CONWIP Logik mit einbezogen. Dies bringt mehrere wesentliche Vorteile für die Fertigung: Einfachere Einführung als bei Kanban, da nur wenige Parameter notwendig sind. Ausschlaggebend dafür ist, dass bei CONWIP der Steuerungskreis auf einen gesamten Fertigungsbereich bezogen und nicht wie bei Kanban auf eine Arbeitsstation. Weiters wird der Bestand pro Fertigungsbereich gesteuert und nicht wie bei Kanban pro Material und Arbeitsstation. Im Unterschied zu Kanban werden die Kunden bzw. Planaufträge in die Planung mit einbezogen und nicht die aktuell abgerufenen Produkte nachproduziert. Es kann auch bei einer hohen Variantenvielfalt kundenauftragsbezogen gefertigt werden. Durchlaufzeit wird über die Bestandssteuerung beschränkt. Dadurch werden Lieferterminzusagen einfacher. Je nach derzeitigem Produktspektrum sammelt sich der Bestand immer vor dem aktuellen Engpass, dieser ist also durchgehend mit Material versorgt. Das Fertigungspersonal kann auf etwaige technisch organisatorische Restriktionen in einem zu definierenden Ausmaß flexibel reagieren. Zum Beispiel kann in einem Lackierbetrieb die Abarbeitungsreihenfolge verlaufend von hellen zu dunklen Produkten angepasst werden. 2.7 Schwächen von CONWIP Obwohl die Stärken von CONWIP immer wieder hervorgehoben werden, hat dieses Produktionssteuerungssystem auch seine Schwachstellen. Einige davon werden im Folgenden aufgezeigt: Trotz vieler Untersuchungen ist noch keine einheitliche Regelung zur Bestimmung der Umlaufbestandsgrenze definiert. CONWIP reagiert empfindlich auf Ausschuss und Nacharbeit vor allem gegen Ende des Fertigungspfades, da nur dann neue Aufträge eingelastet werden können, wenn andere Aufträge fertiggestellt werden. Die Lieferfähigkeit kann gewährleistet werden, wenn man die Fertigungsmengen erhöht oder Sicherheitsbestände an Fertigteilen anlegt.

13 Die Produktionsplanungsmethode CONWIP 13 Wenn einer der ersten Arbeitsplätze des CONWIP Kreislaufs den Engpass darstellt, wird dieser nicht immer mit Aufträgen versorgt. Eine Möglichkeit hier Abhilfe zu schaffen ist die Einführung von zwei CONWIP Kreisläufen, einer vom Rohmaterial bis zum Engpass und der zweite Kreislauf vom Arbeitsplatz nach dem Engpass bis hin zur Fertigstellung.

14 Anwendbarkeit von CONWIP in der Praxis 14 3 Anwendbarkeit von CONWIP in der Praxis Grundsätzlich wurde das Steuerungsprinzip CONWIP von Spearman/Woodruff/Hopp [26] für die Fließfertigung entwickelt. Es gibt allerdings wissenschaftliche Arbeiten, die zeigen, dass CONWIP auch in der Werkstattfertigung eingesetzt werden kann (siehe [14], [24], [25]). CONWIP eignet sich vor allem für die Umsetzung einer Kundenauftragsfertigung, weil erstens Kundenaufträge oder zusammengefasste Kundenaufträge direkt für die Einlastung verwendet werden können und zweitens die CONWIP Steuerung eine starke Reduktion des Umlauflagerbestandes wie auch des Fertigteillagerbestandes und somit der Produktionsdurchlaufzeit sicherstellt. Wegen der reduzierten Produktionsdurchlaufzeit ist es leichter möglich, sicherzustellen, dass die Produktionsdurchlaufzeit kleiner ist als die vom Markt geforderte Lieferzeit was ja eine Grundvoraussetzung für eine kundenorientierte Produktion darstellt. Das Grundkonzept von CONWIP kann in verschiedene Richtungen modifiziert werden. Framinan [15] entwickelt eine Methode, bei der mehrere Grenzen für den Umlaufbestand bezogen auf verschiedene Produktgruppen verwendet werden. In [17] wird von Hopp und Spearman ein Konzept mit mehreren CONWIP Kreisläufen ( Multiloop CONWIP ) vorgestellt (siehe auch Kapitel 5.1.3). Zuerst soll aber abgeklärt werden, wann der Einsatz dieses Steuerungssystems überhaupt sinnvoll ist. 3.1 Kriterienkatalog für den Einsatz von CONWIP In diesem Abschnitt soll geklärt werden in welchen Situationen die Auswahl des Steuerungssystems CONWIP Vorteile gegenüber anderen gängigen Verfahren wie MRP oder KANBAN bringt. Zuerst werden die drei genannten Produktionsplanungs und Steuerungsverfahren aufgrund von verschiedenen Eigenschaften der Produktionsumgebung und des Nachfrageverhaltens verglichen (siehe [22]). Tabelle 1 liefert eine Übersicht, wobei diese Klassifizierung verwendet wird: ++ sehr gut geeignet, + geeignet, wenig geeignet, nicht anwendbar. Ein weiteres Entscheidungskriterium für den Einsatz eines Steuerungssystems ist der Beitrag, der zur Erreichung bestimmter Zielvorgaben, erreicht werden kann. Einen Überblick dazu gibt Tabelle 2.

15 Anwendbarkeit von CONWIP in der Praxis 15 MRP KANBAN CONWIP nahe MTO nahe MTS eher sequentielle Fertigungspfade sehr komplexe Fertigungspfade eher sequentielle Stücklisten sehr komplexe Stücklisten viel Varianten eher Fließfertigung eher Werkstattfertigung eher Einzelfertigung eher Massenfertigung gut ausgetaktet eindeutiger Engpass + + stark schwankende Prozesszeiten + + hohe Rüstzeiten + + hohe Nachfrageschwankungen + + hohe Ausschuss bzw. Nacharbeitsrate + häufige Maschinenstörungen + + A Teil C Teil + Tabelle 1: Auswahlkriterien für Produktionsplanung und Steuerungsverfahren MRP KANBAN CONWIP Erhöhung der Liefertreue Erhöhung der Ausbringungsmenge Reduktion Bestand bzw. Durchlaufzeit Erhöhung der Transparenz ++ + Unterstützung KVP ++ + hohe Robustheit + + hohe Stabilität + + hohe Antizipationsfähigkeit + + geringer Aufwand für Datenwartung + Tabelle 2: Beitrag zur Erreichung von Zielsetzungen durch die Produktionsplanung und Steuerungsverfahren 1 bei geeigneten Abarbeitungs und Einlastregeln 2 Kapazitätsplanung, ATP und EDD ähnliche Abarbeitung erforderlich 3 Rüstzeitminimierende Losgrößenregel bei Engpass notwendig 4 Kapazitätsplanung, ATP und FIFO ähnliche Abarbeitung erforderlich

16 Anwendbarkeit von CONWIP in der Praxis 16 Diese beiden Tabellen könne wie folgt verwendet werden: Fixierung, welche Kriterien bzw. Zielvorgaben für den zu planenden Produktionsbereich bzw. die zu planenden Produkte relevant sind. Streichung aller Verfahren, die wenig geeignet ( ) bzw. nicht anwendbar ( ) bezüglich der relevanten Kriterien bzw. Zielvorgaben sind. Auswahl der Verfahrens mit der besten Bewertung (größte Anzahl an ++) Für die zutreffenden Kriterien und Zielvorgaben sollten nur ++ und + für das ausgewählte Verfahren zutreffen. Grundsätzlich wird man unterschiedliche Produktionsbereiche bzw. unterschiedliche Produkte durch andere Verfahren planen bzw. steuern. Falls kein Verfahren ohne bzw. übrig bleibt, ist der zu planende Bereich in Teilbereiche zu unterteilen, wobei die Teilbereiche durch unterschiedliche Verfahren zu planen und steuern sind. 3.2 Integration von CONWIP in ein MRP II Konzept Bei der Einbindung von CONWIP in ein bestehendes MRP II Konzept bleiben die Langfristplanung und die Mittelfristplanung bis zur Grobkapazitätsplanung und Masterplanung unverändert. Es wird weiterhin ein MRP Lauf durchgeführt, der für die Endprodukte eine Liste mit Produktionsaufträgen erzeugt, die sowohl Losgröße als auch einen Zieltermin angibt. Diese Liste kann dann als Auftragsliste für CONWIP (siehe 2.4) verwendet werden. Von der Auftragsliste werden die Aufträge für die ersten Arbeitsschritte nach dem CONWIP Verfahren freigegeben. Alle anderen Fertigungsstufen werden durch die Abarbeitungsregel gesteuert.

17 Anwendbarkeit von CONWIP in der Praxis 17 Abbildung 4: Integration CONWIP in MRP II 3.3 Integration der Beschaffung in CONWIP Für die Beschaffung bei der Verwendung von CONWIP kommen grundsätzlich zwei Methoden in Frage, die je nach Material anzuwenden sind: 1. Verbrauchsgesteuerte Beschaffung Eine verbrauchsgesteuerte Beschaffung ist sinnvoll für weniger wertvolle Rohmaterialien (B und C Teile). Bei der verbrauchsgesteuerten Beschaffung wird der Bestand mit einem vorgegebenen Bestellpunkt verglichen. Wird dieser unterschritten, so wird eine Bestellung ausgelöst. Zu beachten ist, dass beim Bestand nicht nur der physisch vorhandene Lagerbestand verwendet wird, sondern die bereits bestellten Aufträge abzüglich Reservierungen mitgerechnet werden.

18 Anwendbarkeit von CONWIP in der Praxis Plangesteuerte Beschaffung Für A Teile, die einen schwankenden Bedarf aufweisen, ist eine plangesteuerte Beschaffung am besten geeignet. Als Übergangszeit vom Fertigprodukt zum Zukaufteil soll dabei der Vorgriffshorizont gewählt werden.

19 Parametereinstellung für CONWIP 19 4 Parametereinstellung für CONWIP In diesem Kapitel wird auf die konkrete Umsetzung von CONWIP in Hinblick auf die 5 einzustellenden Parameter genauer eingegangen. 4.1 Umlaufbestandsgrenze Bevor über die den optimalen Wert der Umlaufbestandsgrenze Aussagen gemacht werden, soll zunächst geklärt werden, wie der Umlaufbestand überhaupt gemessen werden kann. Grundsätzlich wird der Umlaufbestand als Arbeitsinhalt angegeben, d. h. in Kapazitätseinheiten wie z. B. Stunden gemessen. Welche Kapazität für die Messung des Umlaufbestands berücksichtigt werden soll, klärt folgende Entscheidungsregel: 1. Bei einem klar definierten Engpass, soll die Kapazität immer als Vorgabezeit des Engpasses angegeben werden. 2. Ist der Engpass nicht bekannt oder nicht eindeutig, dann wird als Kapazität die Gesamtbearbeitungszeit verwendet. Sind die Bearbeitungszeiten der verschiedenen Produkte relativ ähnlich, dann kann der Umlaufbestand auch in Stück gemessen werden. Wenn die Berechnung der Kapazität über die Vorgabezeiten problematisch ist, da z. B. die Vorgabezeiten sehr stark von den tatsächlichen Bearbeitungszeiten abweichen, dann sind auch andere Größen für die Messung des Umlaufbestands denkbar. Je nach Produktion könnte der Umlaufbestand z. B. in Tonnen, in Zähnen bei Zahnrädern oder anderen passenden Einheiten gemessen werden. In der Kooperation mit den Partnerunternehmen hat sich die in der Literatur vorgeschlagene Einstellung der Umlaufbestandsgrenze als praxistauglich erwiesen. Es wird empfohlen mit einer relativ hohen Umlaufbestandsgrenze zu starten und diese dann schrittweise zu reduzieren. Bei der Reduktion ist immer zu überprüfen, wie gut die Zielvorgaben an den Durchsatz und an die Lieferzeit noch eingehalten werden. Als guter Startwert können 80% des durchschnittlichen Umlaufbestandes vor CONWIP Einführung gewählt werden. In [21] wurde unter anderem ein theoretischer Ansatz zur Berechnung der Umlaufbestandsgrenze entwickelt, die auf der kontinuierlichen Formulierung von Little s Law basiert. Die Umlaufbestandsgrenze kann als das Produkt der durchschnittlichen Produktionsdurchlaufzeit mit der benötigten Produktionsrate bestimmt werden.

20 Parametereinstellung für CONWIP Vorgriffshorizont Ein Ansatz zur Bestimmung des Vorgriffshorizonts wurde in [21] entwickelt. Dieser Ansatz basiert auf der Verwendung der Maschinen Operationscharakteristik, die bei den Analysemethoden in Abschnitt genauer erklärt wird. Die Grundidee zur Ermittlung des Vorgriffshorizonts ist in folgender Abbildung dargestellt. hplanung Abbildung 5: Maschinen Operationscharakteristik Die minimal erforderliche Durchlaufzeit t min ist die Summe aller notwendigen Losbearbeitungs, Rüst und Transportzeiten bis zur Fertigstellung des Fertigproduktes. Liegezeiten werden dabei nicht berücksichtigt. Die Bestimmung des kapazitätsorientierten Vorgriffshorizont hkapazität und des Planungsvorgriffshorizont h Planung wird in den beiden folgenden Abschnitten genauer erläutert Kapazitätsorientierter Vorgriffshorizont h Kapazität ist der kapazitätsorientierte Vorgriffshorizont und stellt den kleinstmöglichen Vorgriffshorizont dar. h Kapazität entspricht der Anzahl an Perioden (z. B. Wochen) über die der zukünftige Bedarf gemittelt werden muss, damit die benötigte Kapazität zumindest in 95% der Fälle geringer ist, als die zur Verfügung stehende Kapazität. (Natürlich kann an Stelle von 95% jeder andere gewünschte Wert verwendet werden.) Im ersten Schritt muss dazu die zeitliche Entwicklung des zukünftigen Kapazitätsbedarfs analysiert werden. Dazu stellt man am besten grafisch den zukünftigen bekannten Kapazitätsbedarf (z. B. in Stunden) für die nachfolgenden Kalenderwochen (siehe graue Linie in Abbildung 6) und die maximal verfügbare Kapazität dar (siehe strichlierte Linie in Abbildung 6). Dann wählt man verschiedene realistische Werte für den kapazitätsorientierten Vorgriffshorizont (in der Abbildung kurz mit h bezeichnet) und mittelt den Kapazitätsbedarfs jeweils über h Perioden. In dem dargestellten Bei

21 Parametereinstellung für CONWIP 21 spiel wurden für h die Werte 4, 8 und 12 KW gewählt. Je größer h, desto mehr wird der Kapazitätsbedarf geglättet Kapazität [h] Kapazitätsbedarf gemittelter Kapazitätsbedarf (h = 4) max. Kap Zeit [KW] Kapazität [h] Kapazitätsbedarf gemittelter Kapazitätsbedarf (h = 8) max. Kap Zeit [KW] Kapazität [h] Kapazitätsbedarf gemittelter Kapazitätsbedarf (h = 12) max. Kap Zeit [KW] Abbildung 6: Gemittelte Kapazitätsbedarfe für verschiedene Vorgriffshorizonte Im nächsten Schritt muss die Verteilung des gemittelten Kapazitätsbedarfs ermittelt werden. Das funktioniert am einfachsten, wenn man aus den bekannten Daten den Mittelwert und die Standardabweichung des gemittelten Kapazitätsbedarfs schätzt und die Normalverteilung verwendet. Aus der Verteilungsfunktion kann dann bestimmt werden, mit welcher Wahrscheinlichkeit die verfügbare Kapazität zur Deckung der benötigten Kapazität ausreicht. In der folgenden Abbildung wurden die Verteilungsdichten für h = 4, 8 und 12 dargestellt. Da hier eine verfügbare Kapazität von 40 Stunden pro Woche angenommen wurde, gibt die Fläche unter der Verteilungsdichte bis zum Wert 40 auf der x Achse die gesuchte Wahrscheinlichkeit an. D. h. wenn man die Kapazität

22 Parametereinstellung für CONWIP 22 jeweils über 4 Wochen mittelt, dann reicht die vorhandene Kapazität in 65,8% der Fälle aus. Bei h = 8 sind es bereits 81,4% und erst bei h = 12 wird der geforderte Wert von 95% erstmals überschritten. Hier ist also der kapazitätsorientierte Vorgriffshorizont mit 12 KW anzusetzen. h = 4 h = 8 h = 12 65,8 % 81,4 % 95,1 % Abbildung 7: Verteilung der gemittelten Kapazitätsbedarfe für verschiedene Vorgriffshorizonte Planungsvorgriffshorizont Der Planungsvorgriffshorizont h Planung ergibt sich nun durch Addition der minimal erforderlichen Durchlaufzeit, des kapazitätsorientierten Vorgriffshorizonts h Kapazität und der Zusatzzeit auf Grund der offenen Bestellungen während des kapazitätsorientierten Vorgriffshorizonts. Die Zusatzzeit t B ergibt sich aus der Forderung, dass die noch offene, aber zu erwartete Kapazitätsnachfrage während des Zeitintervalls tmin, tmin hkapazität durch bereits bekannte Kapazitätsnachfrage mit Lieferzeit größer als tmin hkapazität kompensiert wird. Anschaulich kann die Zusatzzeit durch die Bedingung, dass die schraffierte Fläche offene Bestellungen gleich der Fläche bereits bekannte Bestellungen mit längerer Lieferzeit sein muss, bestimmt werden. Der Planungsvorgriffshorizont stellt jene Zeitperiode dar, die in der Planung und Steuerung der Maschine berücksichtigt werden muss, um unter Berücksichtigung der Absatzschwankungen und der verfügbaren Maschinenkapazität eine Liefertreue von 95% in einem kundenauftragsbezogenen Fertigsystem zu ermöglichen. Für die einzelnen Maschinen werden sich unterschiedliche Planungsvorgriffshorizonte ergeben. Die Maschine mit dem längsten Planungsvorgriffshorizont stellt in Bezug, wie weit in die Zukunft der Planungshorizont gewählt werden muss, damit die erwarteten Absatzhochs abgefedert werden können, den Engpass dar. Bei der Kooperation mit den Unternehmen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, verschiedene Vorgriffshorizonte für verschiedene Produktguppen (Einteilung z. B. aufgrund von unterschiedlichen externen Bearbeitungszeiten) zu definieren. Wegen der Übersichtlichkeit und einfachen Handhabung sollten nicht zu viele verschiedene Vorgriffshorizonte verwendet werden, aber für

23 Parametereinstellung für CONWIP 23 Produkte, deren Durchlaufzeiten stark voneinander abweichen, kann eine Aufteilung sinnvoll sein. Daher sollte zu Beginn eine Analyse der Durchlaufzeiten stehen. Es können dabei die Übergangszeiten in MRP bzw. reale Werte verwendet werden. Dann können die Produkte nach ihrer Durchlaufzeit klassifiziert werden und die gewünschte Anzahl an Vorgriffshorizonten festgelegt werden. 4.3 Kapazitätstrigger Der Kapazitätstrigger beschreibt jenen Arbeitsinhalt, der innerhalb des Kapazitätsplanungshorizonts maximal abgearbeitet werden kann und soll dazu dienen rechtzeitig die Notwendigkeit von Zusatzkapazitäten zu erkennen. In der Literatur (siehe [26]) wird standardmäßig ein konstanter Wert vorgeschlagen. Das könnte z. B. der durchschnittliche Durchsatz multipliziert mit dem Kapazitätsplanungshorizont sein. Der Kapazitätsplanungshorizont orientiert sich an der Vorlaufzeit, die notwendig ist, um Zusatzkapazitäten bereitstellen oder Kapazitäten reduzieren zu können. D. h. beispielsweise wenn das Schichtmodell eine Woche im Voraus festgelegt werden muss, dann ist als Kapazitätsplanungshorizont zumindest eine Woche zu wählen. In [4], [5], [7], [9] und [18] wurden verschiedene Methoden entwickelt, die eine dynamische Festlegung des Kapazitätstriggers ermöglichen. D. h. die Bestimmung der benötigten Kapazität soll in periodischen Abständen, die dem Kapazitätsplanungshorizont entsprechen, erfolgen. Es wird also z. B. einmal wöchentlich die bereitzustellende Kapazität bestimmt. Die verwendeten Methoden basieren alle auf der Betrachtung des kumulierten Kapazitätsbedarfs, der weiter unten noch genauer beschrieben wird. Die Methoden unterscheiden sich darin, wie die benötigte Kapazität an einer Maschine berechnet wird und wie darauf basierend die bereitgestellte Kapazität ermittelt wird. Von den entwickelten Methoden werden hier nur jene beschrieben, die sich in Simulationsstudien als besonders gut bezüglich Liefertreue und Verspätung erwiesen haben. Die vorgestellten Methoden können sowohl für eine, als auch für mehrere Maschinen in beliebiger Anordnung angewandt werden. Wenn es mehrere Maschinen gibt, ist es notwendig den vom Kunden geforderten Liefertermin auf einen maschinenbezogenen Fertigstellungstermin zurückzurechnen. Das geschieht, indem man von dem Kunden geforderten Liefertermin alle benötigten Bearbeitungszeiten (Planwerte) der Maschinen, die nach der betrachteten Maschine kommen und die dazwischen notwendigen Transportzeiten abzieht Kumulierter Kapazitätsbedarf Um einen vorgegebenen Kundenbedarf zu befriedigen, ist es notwendig ausreichend Kapazitäten für die Fertigung der gewünschten Produkte zur Verfügung zu haben. Diese zur Deckung des Kundenbedarfs benötigte Kapazität kann sehr vorteilhaft aus einer kumulierten Betrachtung ermittelt

24 Parametereinstellung für CONWIP 24 werden. Um das Grundprinzip des kumulierten Kapazitätsbedarfs zu erläutern, wird nur eine Maschine betrachtet und alle vorkommenden Größen als deterministisch betrachtet. Zuerst muss die benötigte Kapazität für einen Zeitpunkt t bestimmt werden. Man erhält sie durch Addieren aller notwendigen Kapazitäten der Aufträge mit Fertigstellungstermin t. Daraus kann der kumulierte Kapazitätsbedarf durch schrittweises Aufsummieren ermittelt werden. Die kumulierte benötigte Kapazität ist eine monoton anwachsende Funktion, die beschreibt, wie viel Kapazität an der Maschine bis zu einem Zeitpunkt t vorhanden sein muss, um die Kundenwünsche zeitgerecht zu erfüllen. Anschaulich lässt sich diese Funktion als Stufenfunktion darstellen. Folgende Abbildung zeigt diese Funktion für eine Maschine und 5 Kundenaufträge. In der Spalte di ist für jeden Auftrag der Fertigstellungstermin eingetragen, in der Spalte ai die dazu notwendige Kapazität. Abbildung 8: Kumulierter benötigter Kapazitätsbedarf Diese kumulierte benötigte Kapazität muss nun mit der tatsächlich vorhandenen Kapazität verglichen werden. Nimmt man an, dass zu jedem Zeitpunkt die gleiche Kapazität zur Verfügung steht, dann ist die kumulierte verfügbare Kapazität eine lineare Funktion. In der folgenden Abbildung wurde angenommen, dass zu jedem Zeitpunkt 2 Kapazitätseinheiten zur Verfügung stehen und die kumulierte benötigte Kapazität mit der kumulierten verfügbaren Kapazität gegenübergestellt: Abbildung 9: Kumulierter benötigter und vorhandener Kapazitätsbedarf

25 Parametereinstellung für CONWIP 25 Aus dieser Darstellung wird klar ersichtlich, dass zu den Zeitpunkten 3, 5 und 6 die kumulierte benötigte Kapazität die vorhandene übersteigt. Das hat zur Folge, dass ohne Bereitstellung von Zusatzkapazitäten die Aufträge C, D und E verspätet fertiggestellt werden Methode zur Bestimmung der benötigten Kapazität Um die in einem bestimmten Zeitraum benötigte kumulierte Kapazität zu bestimmen wäre es am einfachsten, alle Bearbeitungszeiten als deterministisch anzunehmen und die Berechnung so wie in durchzuführen. Man erhält allerdings bessere Ergebnisse, wenn man einerseits Streuungen der Bearbeitungszeiten berücksichtigt und andererseits zukünftige und bereits bekannte Bedarfe vorproduziert, um die Liefertreue zu verbessern. Die Berücksichtigung der Streuung von Bearbeitungszeiten erreicht man durch die Verwendung einer stochastischen Verteilung und der Vorgabe einer Wahrscheinlichkeit, mit der der Kapazitätsbedarf erfüllt werden soll. Für die Entscheidung wie viele zukünftige bekannte Bedarfe vorproduziert werden sollen, wird die Maschinen Operationscharakteristik herangezogen, die in beschrieben wird. Weitere Details und alle Formeln zur Umsetzung sind in [5] beschrieben. Die folgende Grafik zeigt den qualitativen Unterschied zwischen der stochastischen Methode A S und der deterministischen Methode A D. Verglichen mit der deterministischen Methode, bewirkt die Berücksichtigung einer stochastischen Verteilung der Bearbeitungszeiten eine höhere benötigte Kapazität (vertikale Verschiebung der Kurve nach oben). Produziert man bekannte Aufträge schon im Voraus, so wird die Kapazität früher benötigt (horizontale Verschiebung der Kurve nach links). Da beide Aspekte berücksichtigt werden, wird die Kurve für die benötigte kumulierte Kapazität sowohl nach links als auch nach oben verschoben A S (t) A D (t) Kapazität Zeit (t) Abbildung 10: Methoden zur Bestimmung der benötigten Kapazität

26 Parametereinstellung für CONWIP Methoden zur Bestimmung der bereitgestellten Kapazität Die verfügbare Kapazität ist durch einen vorgegebenen Minimal und einen Maximalwert beschränkt. Diese Werte dürfen nicht unter bzw. überschritten werden. Diese Schranken entsprechen dem Kapazitätsbereich, der durch die Flexibilität der Arbeitszeit, ermöglicht wird. Die durchschnittliche Kapazität in einem definiertem Zeitraum (z. B. 1 Jahr) darf ebenfalls einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreiten. Basierend auf der kumulierten benötigten Kapazität kann nun die bereitzustellende Kapazität, innerhalb der oben beschriebenen Grenzen, bestimmt werden. Dabei sind zwei Methoden vorteilhaft: Methode C max : Bestimmung der Kapazität auf Basis des maximalen Anstiegs Ausgehend vom maximalen Anstieg der benötigten Kapazität wird die bereitzustellende Kapazität so festgelegt, dass alle Aufträge in dem betrachteten Zeitraum zeitgerecht bearbeitet werden können. Grafisch ist diese Methode in der folgenden Abbildung dargestellt: Kapazität C max( t) A(t) Zeit (t) Abbildung 11: Methode C max zur Bestimmung der bereitgestellten Kapazität Methode C3: Bestimmung der Kapazität auf Basis einer vorgegebenen Liefertreue Bei dieser Methode wird die bereitzustellende Kapazität so bestimmt, dass in einem definierten Zeitfenster eine vorgegebene Liefertreue erreicht wird. Grafisch ist diese Methode in der folgenden Abbildung dargestellt:

27 Parametereinstellung für CONWIP 27 Kapazität A(t) C L( t) Zeit (t) Abbildung 12: Methode C L zur Bestimmung der bereitgestellten Kapazität Kombination der Methoden Die stochastische Methode zur Berechnung der benötigten Kapazität kann entweder mit der Methode C max oder C L zur Bestimmung der bereitgestellten Kapazität kombiniert werden. Beide Kombinationen liefern gute Ergebnisse bei der Auslastung, resultieren in einer hohen Liefertreue und reduzieren die Verspätung. 4.4 Einlastregel Abarbeitungsregel Die wichtigsten Prioritätsregeln mit kurzen Erklärungen, die sowohl für die Einlast als auch für die Abarbeitungsregeln verwendet werden können, sind in Tabelle 3 aufgelistet. Je nach Zielsetzung kann man eine geeignete Regel auswählen (siehe [22]). Will man die Liefertreue verbessern und die Verspätung reduzieren, so eignen sich dazu die Regeln EDD, MEDD, ECD, LSK, CR, LSK/RO, CTP und SPT. Liegt das Hauptaugenmerk auf der Reduktion der Durchlaufzeit bzw. des Lagerbestandes, so bieten sich FIFO, FISFO und SRPT an. Um ein Gleichverteilung der Anlagen Auslastung zu unterstützen kann die Regel LFJ verwendet werden. Für die Reduktion des Rüstaufwandes eignet sich LSUT. Anhand von Simulationsstudien (siehe [11]) konnte gezeigt werden, dass das Steuerungssystem CONWIP keinen Einfluss hat auf die Grundeigenschaften einer Prioritätsregel. D. h. die in der Literatur beschriebenen Eigenschaften von Prioritätsregeln zur Erreichung von verschiedenen Zielsetzungen können für CONWIP direkt verwendet werden. In der Literatur (siehe [26]) wird für die Einlastung die Lieferterminregel (EDD) empfohlen und für die Abarbeitung die Wartezeitregel (FISFO).

28 Parametereinstellung für CONWIP 28 FIFO FCFS Kurzbezeichnung FISFO SPT KOZ, KFZ SRPT KRB EDD FLT MEDD ECD LSK SZ LSK/RO SZ/AA LFJ LSUT deutsch Benennung englisch früheste Ankunftszeit first in first out first come first serve Wartezeitregel first in system first out kürzeste Operationszeit kürzeste Fertigungszeit shortest processing time kürzeste Restbearbeitungszeit shortest remaining processing time frühester Liefertermin Lieferterminregel earliest due date modified earliest due date earliest constraint date Schlupfzeitregel least slack Schlupfzeit pro auszuführende Arbeitsgänge least slack per remaining operation least flexible job least set up time Beschreibung Der Auftrag, der als erstes vor einer Maschine ankommt (d. h. die längste Wartezeit hat) wird priorisiert. Der Auftrag, der als erstes im Produktionsbereich ankommt (d. h. die längste Wartezeit hat) wird priorisiert. Der Auftrag in der Warteschlange mit der kürzesten Bearbeitungszeit an der jeweiligen Maschine wird priorisiert. Der Auftrag mit der kürzesten Restbearbeitungszeit wird priorisiert. Der Auftrag mit dem frühesten Liefertermin wird priorisiert. Der Auftrag mit dem frühesten Planeinlasttermin an einer Maschine wird priorisiert. Der Auftrag mit der kleinsten Zeitspanne bis zum Planeinlasttermin am Engpass wird priorisiert. Der Auftrag mit der geringsten Differenz zwischen Liefertermin und Restbearbeitungszeit (= Schlupf) wird priorisiert. Der Auftrag mit der kleinesten Schlupfzeit pro noch auszuführende Arbeitsvorgänge wird priorisiert. Der Auftrag, der am wenigsten flexibel ist (an den wenigsten Anlagen gefertigt werden kann) wird priorisiert. Der Auftrag mit minimaler Rüstzeit an der Maschine (in Abhängigkeit des Auftrages, der gerade bearbeitet wird) wird priorisiert. Tabelle 3: Prioritätsregeln

29 Ergänzende Themen 29 5 Ergänzende Themen 5.1 Mehrere CONWIP Kreisläufe In diesem Abschnitt geht es darum, festzulegen wie viele Kreisläufe bei der CONWIP Einführung notwendig sind und welche Abschnitte in der Fertigung sinnvoll zu einem Kreislauf zusammengefasst werden können. Dazu werden unter anderen zwei Analysemethoden verwendet, die zuerst beschrieben werden. Das ist zum einen die Materialflussanalyse, die die Materialflüsse zwischen Maschinen und Lagern in der Fertigung veranschaulicht und zum anderen die Kundenbestellanalyse, die zusätzlich auch für die Bestimmung des Kapazitätstriggers angewendet werden kann Materialflussanalyse Die Materialflussanalyse beinhaltet einige adaptierte Idee des Wertstromdesigns und hat zum Ziel alle Maschinen, Lager und die Materialflüsse dazwischen zu erfassen. Eine beispielhafte schematische Darstellung ist in Abbildung 13 ersichtlich. Die Pfeile sollen dabei den Materialfluss darstellen, wobei man über die Dicke der Pfeile die Menge des Materialstroms (gemessen in Stück oder Kapazitätseinheiten) ausdrücken kann. Abbildung 13: Materialfluss Zur detaillierteren Erfassung von Maschinen, Lager und Materialstrom wurden im Rahmen des Projekts Vorlagen für Tabellen entwickelt. Von jeder Maschine sollen folgende Daten (soweit verfügbar) eingetragen werden (siehe Tabelle 4): Losgröße, Rüstzeit, Bearbeitungszeit, Personalzeit für Rüsten, Personalzeit für die Bearbeitung, Ausschuss in %, Nacharbeit in %, Stillstände wegen fehlendem Material. Von diesen Größen sollen jeweils Minimum, Maximum und Durchschnittswerte angegeben werden. Wobei die Extremwerte von Ausreißern bereinigt werden sollen. D. h. die unteren und oberen 5% der Ausgangsdaten sollen weggeschnitten werden. Weiters können der Schichtkalender für Produktion und Rüsten, Maschinenverfügbarkeit in % und der Durchsatz von Prototypen, die nicht aus dem Absatzprogramm ersichtlich sind, eingetragen werden. Zur Erfassung der Lager dient Tabelle 5 als Vorlage. Dort sollen der Lagerstand einmal in Stück und einmal in Kapazitätseinheiten (z. B. Minuten), die Lagerreichweite, der Schwund und die Verspä