Zusammenfassung Rechnergestützte PPS und Prozesssimulation. Jan Schuppener 2. April 2002

Transkript

1 Zusammenfassung Rechnergestützte PPS und Prozesssimulation Jan Schuppener 2. April

2 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen Planung Planungsprozess Modellierung Optimierung Zukünftige Entwicklung exogener Größen Berücksichtigung von Unsicherheiten Korrekturverfahren Simulation Grundlagen der Informatik für PPS-Systeme Client-Server-Architektur Entity-Relationship-Modell, Relationale Datenbanken PPS-Systeme in Wissenschaft und Praxis Umfassendes Unternehmensoptimierungsmodell Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung Entwicklungsgeschichte von PPS-Systemen Entwicklungsstand heutiger PPS-Systeme Module und Methoden Schwachstellen Ziele: Was müssen PPS-Systeme künftig leisten können? Betriebswirtschaftliche Standardplanungsprogramme Einführung Standardsoftware vs. Eigenprogrammierung Enterprise Ressource Planning - Systeme SAP R/ Architektur Module Das Modul PP Das Modul MM BaaN IV Abas EKS PSI PSIPENTA Supply Chain Management und ausgewählte SCM-Systeme Supply Chain Management SCM-Systeme Grundlagen SAP: Advanced Planner & Optimizer (APO) Baan Supply Chain Solutions Ausgewählte Programme zur Planung industrieller Stoff- und Energieflüsse Deskriptive Planungsprogramme Petri- und Stoffstromnetze Betriebliche Umweltinformationssysteme Systeme zur Ganzheitlichen Bilanzierung Simulationsprogramme als betriebliche Entscheidungshilfe Simulationsprogramme in der BWL Verfahrenstechnische Prozesssimulation Optimierende Planungsprogramme PERSEUS-Modell zur strategischen Produktionsplanung bei EVU

3 1 Grundlagen 1.1 Planung Als Planung bezeichnet man die gedankliche Vorwegnahme zukünftigen Handelns durch Abwägen verschiedener Alternativen. Dabei sind die Handlungsalternativen zu bewerten, um so das optimale Vorgehen identifizieren zu können Planungsprozess PLANUNGSPHASE Problemstellung Suche Beurteilung Entscheidung REALISATIONSPHASE KONTROLLPHASE Modellierung Als Modell bezeichnet man die zweckorientierte Abbildung des Originals auf ein anderes System. Modellbildung: Bestimmung von Zielfunktion und Optimierungsvariablen Identifikation vorhandener Abhängigkeiten Isolierung starker Abhängigkeiten Bestimmung des Einflusses wichtiger Variablen auf die Zielfunktion Formulierung der Nebenbedingungen Optimierung Als Optimierung bezeichnet man die Suche nach der bestmöglichen Lösung für ein vorgegebenes Problem unter Berücksichtigung von Nebenbedingungen, die eingehalten werden müssen. Fall 1: Zielfunktion, keine NB Hesse-Matrix Fall 2: Zielfunktion, NB als Gleichungssystem Lagrange Fall 3: Zielfunktion, NB als Ungleichungen i.a. keine Lösung Zukünftige Entwicklung exogener Größen Prognose: auf Beobachtungen aus der Vergangenheit beruhend; theoretisch fundierte, objektive Verfahren Projektion: nicht nur objektive Elemente, sondern auch subjektive Faktoren (Expertenmeinung,...) Prognoseermittlung: wissensbasierte Systeme Expertenwissen als Basis dazu Problemlösungskomponente 3

4 statistische Modellierung qualitativ (Befragungen, strukturiertes Nachdenken ) quantitativ Zeitreihenmodelle: exponentielle Glättung,... kausale Verfahren: Regression,... neuronale Netze Neuronen (einfache Recheneinheiten) gewichtete Verbindungen implizite Speicherung der Informationen in der Struktur des Netzes (Netztopologie) Berücksichtigung von Unsicherheiten Szenariotechnik: best case, worst case,... Bandbreite aufzeigen Sensitivitätsanalyse: 1. Berechnung der optimalen Lösung auf Basis als fix angenommener unsicherer oder veränderlicher Daten 2. Untersuchung, ab welcher Änderung der Ausgangsdaten eine andere Lösung als optimal angesehen wird stochastische Programmierung: einstufig: Einbeziehung von Risiko in Bezug auf Koeffizienten von ZF und NB z.b. Charakterisierung der Variablen durch Erwartungswert und Varianz Integration eines Maß für die Risikoaversion mehrstufig: Ereignisbaum Korrekturverfahren In der Praxis werden häufig deterministische Werte angenommen, bevor durch eine Korrektur (z.b. pauschale Zuschlagsätze) die Unsicherheit berücksichtigt wird Simulation Als Simulation bezeichnet man die rechnergestützte Nachahmung realer Vorgänge, die für eine normale Optimierung zu komplex sind (z.b. Warteschlangen-, Lagerhaltungsprobleme). 1.2 Grundlagen der Informatik für PPS-Systeme Client-Server-Architektur früher: Großrechner mit Zugriff über Terminals gesamte Datenverarbeitung auf dem Großrechner Zuteilung der Ressourcen an die Nutzer / Anwendungen Ressourcenknappheit bewirkt mangelhafte Benutzerdialoge fehlende Funktionalitäten inakzeptable Antwortzeiten 4

5 heute: Client-Server-Systeme verteilte Informationsverarbeitung (Clients / zusätzliche Server übernehmen Aufgaben) Server stellt Dienstleistungen zur Verfügung, die von den Clients in Anspruch genommen werden Vorteile wie leichte Skalierbarkeit, Portabilität, hohe Verfügbarkeit asynchrone Aufrufe von (Unter-)Programmen auf anderen Rechnern (Servern) Trennung von Datenbank-Ebene Applikationsebene Präsentationsebene verschiedene Stufen der Ebenen-Trennung: einstufige Client/Server-Lösungen: zentraler Server mit Datenbank-, Applikations- und Präsentationsebene zweistufige Client/Sever-Lösungen: eigener Rechner (Front-End) für Präsentation dreistufige Client/Sever-Lösungen: Trennung aller Ebenen; Optimum an Performance und Sicherheit Entity-Relationship-Modell, Relationale Datenbanken Bedarf von Datenbanken für PPS-Systeme, da bei konventioneller Dateiverwaltung Probleme durch Redundanz, Inkonsistenz, Inflexibilität etc. auftreten Entity-Relationship-Ansatz als Beschreibungsmittel für Datenstrukturen Entitäten (Entities): beliebige Objekte der realen Welt Beziehungen (Relationships): Beziehungen zwischen den Objekten Attribute: Beschreibung von Entitäten und Beziehungen Kardinalität/Komplexität: Anzahl der Beziehungen zwischen Entitäten eines Typs mit einem anderen Typ relationales Datenmodell als rechnernahe Abbildung des Entity-Relationship-Ansatzes Tabelle (Relation) als einziges Konstrukt Normalisierung: Zerlegung einer Relation in mehrere andere Relationen, um eine möglichst redundanzfreie Relation zu erhalten 5

6 2 PPS-Systeme in Wissenschaft und Praxis 2.1 Umfassendes Unternehmensoptimierungsmodell Vom theoretischen Standpunkt aus darf der Bereich der Produktion bei der Planung nicht losgelöst von den anderen Bereichen des Unternehmens gesehen werden, da starke Abhängigkeiten mit Bereichen wie z.b. Beschaffung, Absatz und Finanzierung bestehen. Ein umfassendes Optimierungsmodell müsste einerseits die unterschiedlichen Unternehmensbereiche, andererseits aber auch alle Eingriffsmöglichkeiten in diesen Bereichen berücksichtigen. Man müsste ein Optimierungsproblem aufstellen, dessen Zielfunktion in der Maximierung des Unternehmensgewinns liegt und dessen Nebenbedingungen die Vorgaben sämtlicher Unternehmensbereiche berücksichtigen. Modelle dieser Art sind nicht handhabbar, die benötigten Daten nicht verfügbar und die Modelle aufgrund des Datenvolumens nicht rechenbar. Aufgrund dieser Probleme wird die Planung in der Regel auf die verschiedenen Unternehmensbereiche sowie auf die verschiedenen zeitlichen Horizonte beschränkt. Auch innerhalb des Produktionsbereiches findet eine weitere Zerlegung in Teilprobleme statt. 2.2 Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung Die operative Produktionsplanung und die sich daran anschließende Produktionssteuerung sollen aufgrund erwarteter bzw. vorliegender Kundenaufträge den mengenmäßigen und zeitlichen Produktionsablauf unter Beachtung der verfügbaren Kapazitäten festlegen sowie die Durchführung überwachen und bei Soll-Ist- Abweichungen eingreifen. Teilprobleme: Produktionsplanung Produktionsprogrammplanung: Art, Menge und Planungszeitraum der Erzeugnisse Mengenplanung/Materialwirtschaft: Sekundärbedarfsplanung: benötigte Mengen an Vor- und Zwischenprodukten Losgrößenplanung: Zusammenfassung bestimmter Mengen zu Fertigungslosen Terminplanung: Zeitpunkte für Herstellung und Beschaffung Kapazitätsplanung: Abgleich mit den verfügbaren Kapazitäten Produktionssteuerung Auftragsveranlassung: kurzfristige Freigabe der geplanten Fertigungsaufträge Fertigungs- und Auftragsüberwachung Interdependenzen der Produktionsplanung und -steuerung (durch Zerlegung in Teilprobleme nicht beachtet): Losgrößen lassen sich nur bei bekanntem Produktionsprogramm bestimmen Produktionsprogramm zwar Basis für Bedarfsplanung, andererseits aber nicht festzulegen ohne Informationen über Kapazitätsgrenzen/Beschaffungsrestriktionen für die Terminplanung benötigte Kapazitäten lassen sich zum Zeitpunkt der Erstellung des Produktionsprogramms nur schätzen Ersatzzielgrößen für die Zielsetzung der Kostenminimierung: Minimierung der Durchlaufzeiten Minimierung der Wartezeiten Maximierung der Kapazitätsauslastung der Engpassbetriebsmittel Minimierung der Stillstandszeiten Minimierung der Terminüberschreitungen 6

7 Am häufigsten eingesetzte Partialmodelle: Produktionsprogrammplanung (Bestimmung der deckungsbeitragsmaximalen Endproduktmengen) Losgrößen-/Bestellmengenplanung (optimale Bestellmenge bzw. Losgröße) Fertigungsablaufplanung (optimale Bearbeitungsreihenfolge verschiedener Aufträge) 2.3 Entwicklungsgeschichte von PPS-Systemen 1.Generation: Stücklistenauflösung (MRP) Lagerbestandsführung keine Steuerung/Überwachung des Materialdurchlaufs 2.Generation: ebenfalls MRP Integration von Mengen- und Kapazitätszielen monolithische Programme 3.Generation: geprägt vom Wandel Verkäufermarkt Käufermarkt MRP II (Integration aller Unternehmensebenen; Regelkreise, Rückkoppelungsschleifen) relationale Datenbanken 4.Generation: grobmaschigere Vorgabe von Eckwerten; Handlungsspielräume Modularisierung; Anpassung an organisatorische Gegebenheiten Client-Server-Architektur 7

8 2.4 Entwicklungsstand heutiger PPS-Systeme Module und Methoden Funktionen Methodische Unterstützung Grunddatenverwaltung Datenmodell Client-Server-Konzept Produktionsprogrammplanung Vorhersage des Primärbedarfs Kapazitätsgrobplanung innerhalb der Primärbedarfspl. Mengenplanung Sekundärbedarfsbestimmung durch Stücklistenauflösung verbrauchsgebundene Materialbedarfsermittlung einstufige Losgrößenplanung Termin- und Kapazitätsplanung Durchlaufterminierung Maßnahmen zur Durchlaufzeitverkürzung Veränderung des Kapazitätsangebots Veränderung des Kepazitätsbedarfs Kapazitätsabgleich Auftragsveranlassung Verfügbarkeitsprüfung Auftragsfreigabe Reihenfolgeplanung Netzwerk, relational, objektorientiert zentraler Applikationsserver, verteilte Applikationsserver einfacher bzw. gleitender Mittelwert, exp. Glättung 1. bzw. 2.Ordnung, kq-methode lineare Optimierung, Simulation, Belastungsübersichten Gozintoverfahren, Matrizenverfahren, Fertigungsstufenverfahren, Dispositionsstufenverfahren Prognoseverfahren, Bestellpunktverfahren, Bestellrhythmusverfahren Andler sche Losgrößenformel, Wagner-Whitin-Verfahren, Heuristiken Vorwärts-, Rückwärtsterminierung (mit Hilfe von Rüst- und Bearbeitungszeiten) Kürzungen von Übergangszeiten, Losgrößensplitting oder Überlappung fragwürdig! zeitliche, intensitätsmäßige, quantitative Anpassung Verschiebung, Auftragssplitting, Losgrößenänderung Nutzung von Pufferzeiten, Simulation, lineare Optimierung Material-, Betriebsmittel-, Personalprüfung nach Terminen, unter Berücksichtigung der Verfügbarkeit, belastungsorientiert Prioritätsregeln (FIFO, KOZ,...), Simulation, Expertensystem Schwachstellen Teilprobleme werden sukzessiv geplant, Interdependenzen / Rückkopplungen nicht beachtet geringen Übereinstimmung zwischen berechnetem und tatsächlichem Verlauf der Fertigung durch ungeplante Ereignisse und falsche Annahmen hohe Lagerbestände durch Anwendung klassischer Losgrößenmodelle; dadurch hohe Kosten, mangelnde Flexibilität Anpassung der Produktionsabläufe an das System statt Anpassung des Systems an die Produktionsabläufe ökonomische Stellgrößen (Minimierung der Durchlaufzeiten, Maximierung der Auslastung,...) können nicht gezielt beeinflußt werden 2.5 Ziele: Was müssen PPS-Systeme künftig leisten können? hohe Anpassbarkeit an den Anwender bzw. die Branche, da z.b. unterschiedliche Teilziele priorisiert werden: 8

9 Anlagenbau, Serienfertigung: Terminetreue Werkstattfertigung: Kapazitätsauslastung Massenfertigung: minimale Stückkosten; optimierte Lagerverwaltung Prozessfertigung: flexible Planbarkeit Verbesserung der Planungsmethoden, da z.b. MRP von unrealistischen Annahmen ausgeht Dezentralisierung; Unterstützung der kurzfristigen und fertigungsnahen Funktionen Einbeziehung des betrieblichen Umweltschutzes Möglichkeiten zur Durchführung von Simulationen Dialogorientierung, graphische Oberflächen, Client-Server-Architektur 9

10 3 Betriebswirtschaftliche Standardplanungsprogramme 3.1 Einführung Standardsoftware vs. Eigenprogrammierung pro Standardsoftware auf viele Kunden aufgeteilte Kosten für Entwicklung, Dokumentation und Tests Kompensation fehlenden Know-Hows Software auf dem aktuellen technologischen Stand Unabhängigkeit von Individual-Programmierern (u.u. unkündbar wg. fehlender Dokumentation) ausgereift, zuverlässig modularer Aufbau pro Individualsoftware keine Abhängigkeit vom Softwarelieferanten (Pflege, Wartung) Wettbewerbsvorsprung durch Individualität Standardsoftware für Klein- und Mittelbetriebe oft zu komplex; durch nicht benötigte Funktionen unnötig Hardware-hungrig allgemeine Anforderungen an betriebliche Software Flexibilität Portabilität Zuverlässigkeit Integration Skalierbarkeit Standards Softwareergonomie Softwarepflege und -wartung Enterprise Ressource Planning - Systeme ERP-Systeme sind standardisierte Systeme für betriebliche Funktionsbereiche, d.h. zur Planung, Steuerung, Auswertung und Überwachung von Geschäftsabläufen. Abdeckung aller betriebswirtschaftlicher Anwendungsbereiche (z.b. Finanzwesen, Logistik, Personalwesen) gemeinsame und daher redundanzfreie Datenbasis Anpassen der Module an die Bedürfnisse der Anwender (Customizing) u.u. spezielle Methoden, die die Einführung der Software weniger zeit- und kostenintensiv machen verschiedene Module, die auch einzeln installiert werden können Aufbau: Beschaffung Finanzbuchhaltung PPS Personalwesen Vertrieb 10

11 3.2 SAP R/ Architektur Echtzeit-Datenverarbeitung (R/3: Realtime-System, Version 3 ) Client-Server-Konzept: Trennung der Anwendungsprogramme von der systemtechnischen Basis z.b. Datenbanksysteme verschiedener Hersteller verwendbar Hardware unterschiedlicher Hersteller auf den C/S-Ebenen verwendbar Anwender kommt lediglich mit der Präsentationsebene in Berührung Module Überblick Die Aufteilung der Software in einzelne betriebswirtschaftliche Bausteine ermöglicht einen flexiblen Einsatz der Komponenten, wobei die betriebswirtschaftlichen Anwendungen die klassischen betriebswirtschaftlichen Aufgabenbereiche Rechnungswesen,Logistik und Personalwirtschaft mit folgenden Modulen abdecken: Rechnungswesen FI: Finanzwesen (Financial Accounting) CO: Controlling AM: Anlagenwirtschaft (Assets Management) Logistik MM: Materialwirtschaft (Material Management) SD: Vertrieb (Sales and Distribution) PP: Produktionsplanung (Production Planning) QM: Qualitätsmanagement (Quality Management) PS: Projekt System (Project System) PM: Instandhaltung (Plant Maintenance) Personal HR: Personalwirtschaft (Human Ressources) WF: Workflow Zusätzlich zur Modularisierung geht SAP (wie auch alle anderen Anbieter von ERP-Software) dazu über, sogenannte Branchenlösungen anzubieten, die von vorneherein an die Anforderungen der einzelnen Branchen angepasst sind Organisationsebenen Im SAP R/3 System lassen sich die Strukturen eines Unternehmens mit Hilfe eines hierarchischen Aufbaus berücksichtigen. Vorgesehen sind mehrere Ebenen wie Mandant (Konzern), Werk oder Lagerort, deren zugehörige Daten für den entsprechenden Bereich gültig sind. Im Folgenden: Beschränkung der Ausführungen auf die Darstellung der Module PP und MM! 11

12 Grunddaten Zur Abwicklung von Materialwirtschaft und Produktionsplanung bedarf es der Integration sog. Grunddaten (Lieferantenangaben, Stücklisten, Arbeitspläne,...), die in Stammsätzen im System hinterlegt werden. Materialstammdaten Material: Erzeugnisse, Baugruppen, Rohstoffe, Einsatzstoffe, Dienstleistungen Integration aller Materialdaten in einem Objekt (Materialstamm), um Redundanz zu vermeiden Zugriff verschiedener Abteilungen (Einkauf, Produktionsplanung,...) auf den Materialstamm Informationsspeicherung entsprechend Organisationsebenen: z.b. konzernweit gültige Daten auf Mandantenebene, vertriebsrelevante Daten auf Werksebene o.ä. Besonderheit von SAP R/3: Klassifizierung von Objekten, um Übersicht zu gewährleisten Lieferantenstammdaten Name, Anschrift, Kontaktperson Bankverbindung, Zahlungsbedingungen... Einkaufsstammdaten Einkaufsinfosatz als Verknüpfung von Lieferantenstamm und Materialstamm, um z.b. die von einem bestimmten Lieferante bezogenen Materialien zu ermitteln Stücklisten Auflistung, aus welchen Komponenten oder Baugruppen ein Erzeugnis besteht verschiedene Möglichkeiten zur Berücksichtigung der Variantenbildung: Variantenstücklisten: nur geringe Unterschiede bei den Bestandteilen Stücklisten für komplexe Produkte: Maximalstückliste mit Festlegung, welche Kombinationen zulässig sind Mehrfachstückliste: alternative Zusammensetzung in Abhängigkeit von der zu fertigenden Menge Kundenauftragsstückliste: Anpassung einer neutralen Materialstückliste an Kundenaufträge, ohne neue Nummern vergeben zu müssen Arbeitsplatz Grunddaten: Beschreibung des Arbeitsplatzes,... Kapazitätsdaten: Anzahl der Maschinen und Arbeitsplätze, Formeln zur Berechnung des Kapazitätsangebots,...; Grundlage für Kapazitätsanalyse Terminierungsdaten: Formeln für Rüst-, Bearbeitungs-, Wartezeit Kalkulationsdaten: Kostenstelle, der der Arbeitsplatz in der Kostenrechnung zugeordnet werden soll; Formeln für die Kostenkalkulation Arbeitsplan Folge von Vorgängen, die den Fertigungsprozess beschreiben Informationen zu Fertigungsschritten, benötigten Ressourcen, Planungsauftrag, Fertigungsauftrag, Kundenauftrag chronologischer Ablauf: Festlegung von Primärplanbedarfen falls zur Deckung Zugänge benötigt: Erzeugung eines Planauftrags Umsetzung des Planauftrags in einen Fertigungsauftrag (Eigenfertigung) oder eine Bestellanforderung (Einkaufsmaterial) mit Umsetzung in Fertigungsauftrag: Reservierung der Sekundärbedarfe Fixierungshorizont: Zeitraum, in nur vom Disponenten, nicht aber vom System Änderungen am Produktionsplan vorgenommen werden dürfen 12

13 Planungsstrategien Anonyme Lagerfertigung z.b. bei Massenfertigung Glättung des Produktionsprogramms steht im Vordergrund ausschließlich Primärplanbedarf (durch Prognosen ermittelt) relevant für Produktion keine Verrechnung mit tatsächlichen Kundenaufträgen Nettoplanung: Berücksichtigung des Lagerbestands Bruttoplanung: keine Berücksichtigung des Lagerbestands Kundeneinzelplanung Produkt wird speziell für einen bestimmten Kunden angefertigt Kundenaufträge als Bedarf für die Fertigung keine Erfassung von Primärplanbedarfen beliebige Tiefe der Planung in der Stücklistenstruktur zugelassen; d.h. es werden u.u. auch Komponenten gezielt für den Auftrag beschafft Vorplanung ohne Endmontage spezielle Form der Kundeneinzelfertigung bestimmte Baugruppen oder Komponenten werden bereits beschafft, bevor der Kundenauftrag eintrifft (Planprimärbedarfe) Endmontage wird erst durch den Kundenauftrag angestoßen Ermöglichung kurzer Lieferzeiten, ohne wertschöpfungsintensive Endmontage bereits auf Lager durchzuführen Vorplanung mit Endmontage empfehlenswert bei guter Prognostizierbarkeit im Gegensatz zur auftragsanonymen Lagerfertigung: Verrechnung der Vorplanung mit eintreffenden Kundenaufträgen Produktion inkl. Endmontage basierend auf Planprimärbedarfen Schwankungen in der Produktion durch Differenzen zwischen Vorplanung und tatsächlichem Kundenbedarf (z.b. Erhöhung der Produktion bei Unterdeckung) Das Modul PP Die Produktionsplanung- und Steuerung mit Hilfe des Moduls PP findet bei SAP R/3 weitestgehend auf Werksebene statt. Die Planung im PP-Modul erfolgt top-down, die Ergebnisse einer Planungsstufe bilden also Vorgabewerte für die darunterliegende Ebene und werden dort verfeinert. Jeder Planungsabschnitt kann vor der Weitergabe der Ergebnisse auf seine Durchführbarkeit überprüft werden. Im Falle einer negativen Machbarkeitsprüfung müssen die Planungsvorgaben durch Rückkoppelung korrigiert werden Produktionsprogrammplanung (Grobplanung) Ziel der Absatz- und Produktions-Grobplanung (SOP=Sales and Operations Planning): Festlegung der notwendigen Produktionsaktivitäten auf Basis einer mittel- oder langfristigen Absatzmengenplanung keine detaillierte Planung, sondern Abschätzung der Realisierbarkeit; Richtwerte Methoden der Primärbedarfsplanung: manuelle Eingabe 13

14 Schätzung auf Basis von Vergangenheitswerten durch exponentielle Glättung (konstant, Trend, Saison) gleitender Mittelwert Import aus anderen Systemen (Vertriebsinformationssystem,...) Kapazitätsgrobplanung möglich Produktionsplanung Da die in der Grobplanung geplanten Mengen und Termine noch nicht dispositiv wirksam sind, müssen die Planmengen an die Produktionsplanung weitergegeben und verfeinert werden Programmplanung Erstellung des Primärbedarfsplans durch Übergabe der Grobplanungswerte aus der Absatzund Produktionsgrobplanung Aufschlüsselung der Mengen auf Produktebene (Enderzeugnisse und Komponenten) Auswahl der Planungsstrategie: siehe Leitteileplanung Planung bestimmter Enderzeugnisse, Baugruppen oder Rohstoffe mit erhöhter Aufmerksamkeit, falls diese die Wertschöpfung oder Termingestaltung entscheidend beeinflussen keine Berücksichtigung der Leitteile im anschließenden MRP-Lauf, wohl aber Berücksichtigung der eingehenden Komponenten Funktionen zur Leitteileplanung: separater Planungslauf: Erzeugung von Sekundärbedarfen für unmittelbar folgende Komponenten, aber kein weiterer Eingriff Fixierungshorizont: Schützen des Produktionsplans für Leitteile interaktive Leitteileplanung: Bearbeiten der Ergebnisse des maschinellen Planungslaufs Langfristplanung Simulation verschiedener Versionen des Produktionsprogramms Verwendung derselben Algorithmen und Stammdaten wie die operative Planung bei befriedigendem Ergebnis einer Simulation kann das operative Produktionsprogramm ganz oder teilweise durch die neue Version ersetzt werden durch die Verknüpfung zwischen PP-Modul und Kostenrechnung können ökonomische Auswirkungen verschiedener Strategien simuliert werden Mengenplanung Normalerweise wird die Materialbedarfsplanung (MRP: Material Requirements Planning) nach Abschluss der Leitteileplanung durchgeführt. Die Aufgabe der Materialbedarfsplanung ist die Planung der Mengen und Termine für Sekundärbedarfe, um die in der Programmplanung geplanten Primärbedarfe zu decken. Die Materialbedarfsplanung ermittelt zunächst den Primärbedarf zum Enderzeugnis, der Kundenaufträge und Planprimärbedarfe umfasst. Falls nicht genügend Bestand bzw. Zugangsmengen zur Deckung dieses Bedarfs vorhanden sind, erzeugt die Materialbedarfsplanung einen Planauftrag. Die Stückliste des Planauftrags wird aufgelöst und Sekundärbedarfe zu den Baugruppen werden erzeugt. Auf dieser und auf den folgenden Ebenen wird wie beim Primärbedarf überprüft, ob ein Planauftrag zur Deckung des Bedarfs generiert werden muß. Möglichkeiten, in SAP R/3 Materialgesamtplanungen durchzuführen: Neuplanung: Planung aller Materialien für ein Werk; hohe Rechnerbelastung Veränderungsplanung: Planung der Materialien, die eine dispositionsrelevante Änderung erfahren haben Veränderungsplanung mit Planungshorizont: weitere Verkürzung, da nur innerhalb des Planungshorizontes geplant wird 14

15 Einzelplanung: Disponent hat die Möglichkeit, die Planungsergebnisse anzuzeigen und zu ändern Verarbeitungsschritte innerhalb der Materialbedarfsplanung: Nettobedarfsrechnung Im Rahmen der Nettobedarfsrechnung wird bestimmt, welche Planaufträge zur Deckung des Bedarfs erstellt werden müssen. Dispositionsverfahren: plangesteuerte Disposition: exakte Ermittlung der Bedarfsmengen durch dispositionsstufenweise Auflösung der Stücklisten verbrauchsgesteuerte Disposition: Bestimmung des künftigen Bedarfs durch verschiedene Prognoseverfahren (bei geringwertigen Gütern) Bestellpunktdisposition: Melde- und Sicherheitsbestand manuelles Verfahren (Disponent bestimmt Melde-/Sicherheitsbestand) automatisches Verfahren (System ermittelt Melde-/Sicherheitsbestand) stochastische Disposition rhythmische Disposition: Anpassung an den Lieferrhythmus Losgrößenrechnung statische Losgrößenverfahren periodische Losgrößenverfahren (Bedarfe einer def. Periode werden zusammengefaßt) optimierende Losgrößenverfahren (Minimierung der Gesamtkosten) Terminierung Eckterminierung Bestimmung von Eckstart- und Eckendterminen für die Planaufträge (Endprodukte, Komponenten) Anwendung von Rückwärtsterminierung, Zeitangaben aus dem Materialstamm Durchlaufterminierung Ermittlung der genauen Fertigungstermine mit Hilfe des Arbeitsplanes Einplanen von Sicherheitszeit, Wartezeit, Rüstzeit, Bearbeitungszeit,... bei Terminproblemen: Reduzierung von Puffer-, Warte- und Transportzeiten Anwendung von Arbeits- und Netzplänen Kapazitätsplanung Aufgrund der hohen Zahl an Einflußgrößen findet bei heutigen Systemen kein Ersatz des Disponenten bzgl. der Kapazitätsplanung statt. Eine automatische Abgleichsheuristik ist bei SAP R/3 nicht implementiert. Stattdessen wird der Disponent durch Visualisierung und automatische Ausführung von Teilaufgaben unterstützt. Kapazitätsplanungsprozess: Ermittlung des Kapazitätsangebots (Arbeitsplatzstammdaten) Ermittlung des Kapazitätsbedarfs (Arbeitsplandaten, Produktionsprogramm) Ermittlung der Kapazitätsbelastung (Abgleich von Angebot und Bedarf) ggf. Kapazitätsabgleich Leistungen von SAP R/3: grafische / tabellarische Darstellung der Kapazitätsbelastung Möglichkeit, Funktionen zum Kapazitätsabgleich (Splitten, Reihenfolgeänderung,...) aufzurufen automatische Anordnung; Einfügen von Vorgängen; Schließen von Lücken beim Entfernen von Vorgängen Möglichkeit der Simulation mit Kapazitätsverfügbarkeitsprüfung und ggf. Alternativvorschlägen 15

16 Fertigungssteuerung Aufgabe der Fertigungssteuerung ist es, die generierten Pläne (Planaufträge) in konkrete Fertigungsaufträge umzusetzen. Normalerweise wird ein Fertigungsauftrag erstellt, wenn der Starttermin des Planauftrags den sogenannten Eröffnungshorizont erreicht hat. Ablauf: Erstellung des Fertigungsablaufs (Übernahme der Vorgangsliste aus dem Arbeitsplan und der Materialkomponenten aus der entsprechenden Stückliste) Verfügbarkeitsprüfung (Überprüfung, ob die Materialkomponenten zum Bedarfstermin verfügbar sind) Terminierung (z.b. Übernahme der Termine aus den vorgelagerten Ebenen) automatische Reservierung der erforderlichen Komponenten und Kapazitäten Auftragsfreigabe Erfassung von Rückmeldungen (z.b. aus Betriebsdatenerfassung) Das Modul MM Materialdisposition Überwachung der Bestände automatische Generierung von Bestellanforderungen (entsprechend eingestelltem Dispositionsverfahren) Erstellung von Bestellvorschlägen Einkauf automatische Durchführung von Routinearbeiten (Erfassung der Bestellanforderung, Erzeugung von Bestellungen,...) Lieferantenbeurteilung (Kriterien, Gewichtungsschlüssel) Analysen: Summenanalyse (Anzahl und Wert vorhandener Bestellungen) ABC-Analyse Analyse mit Vergleichsperiode (Aufzeigen von Veränderungen) Häufigkeitsanalyse (welche Bestellwerte bei welchem Lieferanten) Materialbewertung Feststellung des Bestandswertes Anpassung der eingetragenen Preise an aktuelle Marktpreise Umbewertungen Inventur Bilanzbewertung 2 Arten der Preissteuerung: alle Buchungen zum Standardpreis (aus Materialstamm), Buchungen von Abweichungen auf Preisdifferenzkonto gleitender Durchschnittspreis, automatische Anpassung von Materialstamm und laufender Bewertung 16

17 Lagerverwaltung Einlagerungsstrategien nächster leerer Platz Festplatz Zulagerung Blocklager... Auslagerungsstrategien FIFO LIFO Verfallsdatum... Inventurverfahren Stichtagsinventur (z.b. Ende des Geschäftsjahres) permanente Stichtagsinventur (verteilt über das ganze Jahr) permanente Inventur durch Einlagerung permanente Inventur durch Nullkontrolle (Kontrolle auf Nullbestand, Erfassung von Differenzen) 3.3 BaaN IV 3.4 Abas EKS 3.5 PSI PSIPENTA 17

18 4 Supply Chain Management und ausgewählte SCM-Systeme 4.1 Supply Chain Management SCM ist die integrierte Planung und Steuerung der Material- und Dienstleistungsflüsse vom Rohstoff bis zum Endkunden, einschließlich der damit verbundenen Informations- und Geldflüsse, mit dem Ziel, die Kundenzufriedenheit zu erhöhen und Kosten sowie andere logistische Leistungsgrößen über alle Wertschöpfungsketten zu optimieren. Die Gestaltung und Koordination dieser logistischen Netzwerke wird realisiert durch: die Identifizierung und Gestaltung der Logistikketten über die eigenen Unternehmensgrenzen hinweg die Ausrichtung der innerbetrieblichen Organisation des Unternehmens auf die Logistikkette und die Gestaltung der notwendigen Schnittstellen die informationstechnologische Vernetzung der eigenen Unternehmensstandorte und die Vernetzung dieser mit den beteiligten Partnern die Verbesserung der Planung durch eine umfassende Ausdehnung des Betrachtungsraums auf die Partner und durch den Einsatz neuer Planungsmethoden und -algorithmen 4.2 SCM-Systeme Grundlagen Advanced Planning & Scheduling (APS) - Systeme zur Organisation der SC Module / Funktionen: strategische Planung (monetäre und logistische Analyse der gesamten SC; Analyse von Auswirkungen langfristiger Veränderungen) Netzwerkplanung (Abstimmung von Beschaffungs-, Produktions- und Transportmengen; Zuordnung von Aufträgen zu Werken) Produktionsplanung (Erstellung eines Produktionsplans auf Werksebene) Feinplanung (Erstellung eines optimierten Ablaufplans auf Ressourcenebene) Eigenschaften: hohe Planungsgeschwindigkeit durch Hauptspeicherresidenz Berücksichtigung von Randbedingungen bei der Planung Optimierung von Planungsergebnissen durch Verwendung verbesserter Optimierungsalgorithmen SAP: Advanced Planner & Optimizer (APO) Komplettlösung mit Planungsfuktionen für strategische, taktische und betriebliche Planung von Logistikketten Module: Supply Chain Cockpit: graphische Benutzeroberfläche zum Modellieren, Darstellen und Steuern der Logistikkette; Unterkomponente: Network Design (Standortplanung; Zuordnung von Produkten) Absatzplanung (Demand Planning): Prognose- und Planungswerkzeuge zur Bedarfsplanung Supply Network Planning: Erstellen taktischer Distributions- und Produktionspläne für das ganze Logistiknetz; Optimierung der Pläne Unterkomponente: Deployment (Optimierung des Vertriebsnetzes) Unterkomponente: Collaboration Planning (Informationsaustausch entlang der SC) 18

19 Produktionsplanung (Production Planning): verschiedene Optimierungstechniken Feinplanung (Detailed Scheduling): Echtzeit-Terminierung und endgültige Zuordnung von Produktionsressourcen globale Verfügbarkeitsprüfung (Available to Promise): aus Kundenanfrage Lieferzusagen und -termine mit großer Zuverlässigkeit Verarbeitung der Daten in Echtzeit durch mehrere Prozessoren und livecache (mehrere GB großer Hauptspeicher) Baan Supply Chain Solutions 19

20 5 Ausgewählte Programme zur Planung industrieller Stoff- und Energieflüsse 5.1 Deskriptive Planungsprogramme Deskriptive Planungsprogramme dienen vornehmlich dazu, die Stoff- und Energieströme des abgebildeten Unternehmens darzustellen und unbekannte Ströme zu ermitteln. Die so ermittelten Größen dienen als Grundlage für das Umweltmanagement des Unternehmens Petri- und Stoffstromnetze Betriebliche Umweltinformationssysteme zunehmender unternehmensinterner und -externer Bedarf an Informationen über Umweltbelastungen durch Produkte und Produktionsverfahren klassische betriebswirtschaftliche Entscheidungsparameter reichen nicht aus, um eine umweltverträgliche Produktion sicherzustellen BUIS: organisatorisch-technische Systeme zur Erfassung, Verarbeitung und Bereitstellung umweltbezogener Informationen; i.d.r. EDV-gestützt Unterstützung der umweltorientierten Produktionsplanung und -steuerung durch die Dokumentation sämtlicher von der Produktion ausgehender Umwelteinwirkungen und eine sich daran anschließenden Entscheidungsunterstützung Systeme zur Ganzheitlichen Bilanzierung allgemein: Erstellung sog. Ökobilanzen durch system. Auflistung sämtlicher Stoff- und Energieströme möglich: Betriebsbilanz, Prozessbilanz, Produktbilanz Lebenszyklusbilanz (LCA: Lifecycle Assessment): Produktbilanz, bei der neben innerbetrieblichen Produktionsprozessen auch Rohstoffgewinnung, Vorproduktion, Distribution, Nutzung und Entsorgung berücksichtigt werden Ganzheitliche Bilanzierung: Betrachtung ökologischer, technischer und wirtschaftlicher Größen Softwaresystem GaBi: Ingenieurswerkzeug zur Erstellung von Lebenszyklusbilanzen Objekttypen: Flüsse (Stoff-, Energie- oder Geldströme) Prozesse (reale Arbeitsvorgänge und technische Verfahren als Transformationsvorschriften) Pläne (Abbildungen des Systeme aus Flüssen und Prozessen) Bilanzen (Gegenüberstellungen von Inputs und Outputs eines Objektes) 5.2 Simulationsprogramme als betriebliche Entscheidungshilfe Als Simulation bezeichnet man die Nachbildung eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind. Das bedeutet, die Simulation hilft dem Anwender, ein gegebenes Szenario zu beurteilen, das sonst nur im real aufgebauten System analysiert werden könnte. Eine Simulationsstudie umfaßt in der Regel folgende Schritte: 1. Problemformulierung 2. Datenerhebung und Modellentwicklung 3. Modellimplementation 20

21 4. Modellvalidierung 5. Planung und Durchführung von Simulationsexperimenten 6. Ergebnisanalyse 7. Anwendung auf das reale System Simulationsprogramme in der BWL ökonomische Probleme oft so komplex, daß sie weder in einem Optimierungsmodell abgebildet noch mit mathematischen Methoden gelöst werden können Einsatz von heuristischen Verfahren, die sich durch systematisches Probieren und Experimentieren möglichst gut an optimale Lösungen annähern (Simulation) Einsatzgebiete: (innerbetriebliche) Logistik, Fertigung, Auftragsdurchlauf, Produktions- und Fertigungssteuerung im Bereich Produktion: in der Fabrikplanung zum Testen neuer Ansätze und Sichern von Investitionsentscheidungen in der Produktionsplanung zum Durchspielen alternativer Einplanungen Transport, automatisierte Materialflusssysteme, Verfahrenstechnische Prozesssimulation Überlegung: Erfassung der auftretenden Energie- und Stoffströme als Grundlage der ökonomischen und ökologischen Bewertung Stoffstrombilanzierung kann bei komplexen energie- und verfahrenstechnischen Produktionssystemen ausschließlich auf Basis naturwissenschaftlich-technischer Gesetzmäßigkeiten erfolgen durch Prozesssimulation: Vorhersage des Prozessverhaltens, indem grundlegende ingenieurmäßige Zusammenhänge wie Mengen- und Energiebilanzen o.ä. nachgebildet werden Modell eines verfahrenstechnischen Systems: Unit Operations: mechanische, elektrisch-magnetische und thermische Grundoperationen; mit/ohne chem. Reaktionen, Stoffverzweigungen, Phasenübergängen Bilanzierung mit Hilfe von Masse- und Energieerhaltung Verschaltung der einzelnen Elemente Flowsheetingprogramme: mathematische Simulationsprogramme zur Berechnung der gekoppelten Massen- und Energiebilanzen verfahrenstechnischer Systeme Bereitstellung von Datenbanken und Bibliotheken mit Stoffdaten und Grundoperationen verschiedene Lösungsverfahren Beispielprogramm: ASPEN PLUS Ziele und Erkenntnisse für die BWL klassische Produktionsfunktionen: Reduzierung der komplexen innerbetrieblichen Verflechtungen auf limitationale oder substitutionale Zusammenhänge klassische Funktionen nicht geeignet, Systemeigenschaften verfahrenstechnischer Systeme abzubilden (z.b. wg. nichtlinearer Abhängigkeiten aufgrund thermodynamischer Beziehungen) Anpassungen des Produktionssystems durch Veränderungen in rechtlichen, ökonomischen, gesellschaftlichen oder technischen Rahmenbedingungen notwendig kurzfristige Flexibilität durch zeitliche oder intensitätsmäßige Anpassung; langfristige Änderungen durch Neugestaltung oder Neubau 21

22 5.3 Optimierende Planungsprogramme in existierenden Systemen zur Produktionsplanung keine Optimierung nach ökonomischen Kriterien, sondern lediglich Ermittlung zulässiger Pläne besonders strategische Produktionsplanung aber für die Integration ökonomischer Stellvariablen geeignet weitere Voraussetzungen: lineare I/O-Beziehungen, konstante Produktionskoeffizienten monovariable Zielfunktion keine Rückkoppelungen zwischen operativer/taktischer und strategischer Planungsebene Voraussetzungen erfüllt in Energieversorgungsunternehmen: konstantes Verhältnis Auslastung Wirkungsgrad kein diversifiziertes Produktionsprogramm (Ein-Produkt-Unternehmung) Ausgabenminimierung als ausreichendes Optimierungsziel keine Lagerhaltung Lösung mit Hilfe der Aktivitätsanalyse PERSEUS-Modell zur strategischen Produktionsplanung bei EVU Energie- und Stoffflussmodell technische und ökonomische Parameter für Funktionseinheiten und Stoff- bzw- Energieflüsse keine Mittelwertbildung für die Belastung (Jahresbelastungsdauerlinie), sondern Berücksichtigung des tatsächlichen Lastverlaufs Behandlung strategischer Fragestellungen wie Standorterrichtung, Beteiligungen, Strombezug Ziel: wirtschaftlich optimale Energieversorgungsstruktur bei gegebenem Nutzenergiebedarf 22