Wissenswertes zu den Themen Produktionsplanung und Optimierung
Hatte früher ein Auftragsbuch oder eine selbst gestrickte Excel-Datei ausgereicht, so ist heute die IT Unterstützung in der Produktionsplanung nicht mehr wegzudenken. Nur mit dem Einsatz moderner Planungssysteme lassen sich Produktionsressourcen effizient auslasten und somit kostengünstig und konkurrenzfähig produzieren. Diese Wissensbasis soll es Ihnen erleichtern, sich im Markt der Softwareprodukte zur Produktionsplanung zurecht zu finden und letzten Endes die Lösung zu finden, die Ihnen bestmöglich weiter hilft.
Falls Sie sich für die Einführung einer Software zur Produktionsfeinplanung interessieren, finden Sie auch hilfreiche Informationen in unserem Webinar „Start in die optimierte Produktionsfeinplanung“.
Unter diesem Begriff wird allgemein die kurzfristige, operative Planung verstanden. Der Inhalt dieser Planung kann je nach Industriebereich sehr unterschiedlich aussehen. Grundsätzlich ist bei der Feinplanung der Detaillierungsgrad sehr noch und in den allermeisten Fällen geht es um die zeitliche, oft minutengenaue Planung (vergleiche Grobplanung: kontinuierliche vs. diskrete Zeitachse). Hierfür wird auch oft der englische Begriff “Scheduling” verwendet.
Im Bereich der Produktion, insbesondere bei der diskreten Fertigung, ist mit Feinplanung in der Regel die zeitliche Terminierung von Fertigungsaufträgen gemeint (siehe auftragsbasierte Reihenfolgeplanung/Order Scheduling). Diese Aufträge stammen meist aus ERP-Systemen und bestehen aus mehreren Arbeitsgängen. Für diese Arbeitsgänge werden unterschiedliche Ressourcen wie Maschinen und Personal benötigt. Daher müssen die Start- und Endzeiten der Aufträge so geplant werden, dass die Kapazitäten nicht überschritten und Kundenbedarfe rechtzeitig erfüllt werden.
Bei hohen, reihenfolgeabhängigen Rüstzeiten ist es allerdings ratsam, eine dynamische Losgröße zu fertigen, da die verfügbare Produktionszeit abhängig von der Rüstreihenfolge ist. Insbesondere bei der Fließfertigung mit hohen Stückzahlen ist dies der Fall. Hier wäre dann die Feinplanung eine simultane Losgrößen- und Reihenfolgeplanung, dessen Ergebnis erst die tatsächlichen Fertigungsaufträge sind.
Aufgrund der Komplexität der Feinplanung werden leistungsstarke Algorithmen benötigt. Traditionell wurden hier Verfahren eingesetzt, die die Einlastung der Fertigungsaufträge über Prioritätsregeln steuern. Das Mittel der Wahl stellen heute zutage jedoch „echte“ mathematische Optimierungsverfahren dar, die die vorhandene Rechenkapazität zur Bestimmung besserer Feinpläne einsetzen.
Bei der Grobplanung handelt es sich in der Regel um eine mittelfristige Planung, die deutlich weniger detailliert ist als die Feinplanung und statt einer kontinuierlichen Zeitachse auf diskreten Zeiteinheiten (auch Zeitscheiben oder engl. „time buckets“) wie Stunden, Tage oder auch Wochen basiert. Zudem werden häufig Ressourcen wie Personal und Maschinen aggregiert betrachtet, d.h. ihre Kapazität wird zur einfacheren Berechnung zusammengefasst. Dies ist sinnvoll, da weitere Detailinformationen für die Planung nicht notwendig ist und das Problem nur unnötig schwieriger lösbar machen.
Bei der Produktion werden im Bereich der diskreten Fertigung meist tagesgenaue Mengen von Produktgruppen oder sogar Produktfamilien bestimmt. Wichtige Randbedingungen sind die verfügbaren Bestände (Rohmaterial, Halbzeuge etc.) und Kapazitäten (Maschinen und Personal). Rüstzeiten werden oft nur abschlägig betrachtet, d.h. die zur Verfügung stehende Produktionszeit wird um einen erfahrungsbasierten Schätzwert reduziert. Das Ergebnis der Grobplanung wird dann als direkte Vorgabe für die Feinplanung genutzt, entweder als eine zu beachtende Restriktion oder in Form von Fertigungsaufträgen (siehe Feinplanung).
Insbesondere für die Grobplanung mit den diskreten Zeiteinheiten ist lineare Optimierung (siehe Gabler Wirtschaftslexikon) als Teilgebiet der mathematischen Optimierung das ideale Werkzeug, das sogar in kürzester Zeit optimale Lösungen für das Problem bestimmen kann.
Bei dieser Form der Planung sollen Fertigungsaufträge, die meistens aus ERP-Systemen wie SAP stammen, bestmöglich eingeplant werden. Diese Aufträge basieren auf sogenannten Arbeitsplänen (engl. “Routings”), die die zu verrichtende Arbeit beschreiben. Das heißt, ein Arbeitsplan schlüsselt die einzelnen Schritte, auch Arbeitsgänge oder Vorgänge genannt, auf, beschreibt deren Abfolge und mit welchen Ressourcen diese zu verrichten sind. Oft sind dabei nicht nur alternative Ressourcen zu berücksichtigen, sondern auch verschiedenste Abhängigkeiten zwischen den Vorgängen. Beispielsweise muss zwischen dem Lackieren eines Bauteils und der anschließenden Weiterverarbeitung eine Mindesttrockenzeit eingehalten werden, oder nach einem Erhitzen muss innerhalb eines bestimmten Zeitraums die Bearbeitung erfolgen.
Neben diesen Restriktionen müssen oft auch noch Materialien (Bestände, Zugänge, Abgänge in Form von Bedarfen) berücksichtigt werden. Zudem ist je nach Industrie bzw. Produkttyp die Zielsetzung bei der Planung unterschiedlich. Traditionell wird eine Minimierung der Kosten, Minimierung der Verspätung (= Maximierung der Liefertreue) und Minimierung der Zykluszeit angestrebt. Mit steigenden Energiepreisen und dem Bestreben zur ökologischen Nachhaltigkeit treten vermehrt auch Aspekte wie die Minimierung des Energieverbrauchs / der CO2-Emissionen, sowie die Maximierung der Energieeffizienz in den Vordergrund.
Aufgrund der daraus resultierenden Komplexität des Planungsproblems ist es heute zutage unerlässlich, die Planung softwaregestützt durchzuführen. Gängige Tools wie Excel reichen hierzu in der Regel nicht mehr aus. Mit ihnen können zwar Daten verwaltet und einfache Pläne erstellt werden. Sie ersetzen jedoch keine richtige Planungslösung, die alle wichtigen Randbedingungen einhält und auf Knopfdruck in kurzer Zeit eine optimierte Auftragsreihenfolge und Ressourcenzuordnung bestimmt. Falls Sie auf der Suche nach einer modernen und leistungsfähigen Planungslösung sind, werfen Sie sich doch mal einen Blick auf SimODM.
Nur, um Ihnen ein Gefühl für die Komplexität zu vermitteln: Ein vermeintlich einfaches Szenario mit 10 Fertigungsaufträgen, bestehend aus jeweils nur einem Arbeitsgang ohne alternative Ressourcen und auch ohne weitere Abhängigkeiten bringt es theoretisch schon auf mehr als 3,6 Millionen unterschiedliche Reihenfolgekombinationen. Bei 15 Fertigungsaufträgen sind wir schon bei 1,3 Billionen Kombinationsmöglichkeiten. Und bei 20… oder 100…
Was ist simultane Losgrößen- und Reihenfolgeplanung / Simultaneous Lotsizing & Scheduling?
In der Konsumgüterindustrie, insbesondere der Lebensmittelindustrie, werden häufig auf Fließlinien hohe Stückzahlen gefertigt. Diese Fließlinien sind hochspezialisiert, müssen oft aufwändig umgerüstet werden, z.B. durch Werkzeugwechsel, und zudem noch aufwändig gereinigt werden, z.B. zur Entfernung von Allergenen und Farbspuren. Dabei entstehen fast immer hohe reihenfolgeabhängige Rüstzeiten. Das heißt, je nach Produktionsreihenfolge derselben Produkte sind die Rüstzeiten unterschiedlich.
Entsprechend sind die möglichen Produktionszeiten unterschiedlich und es können wie abgebildet im selben Zeitraum unterschiedlich große Lose gefahren werden.
Sehr häufig wird das Problem sequenziell gelöst, indem beispielsweise eine bevorzugte Reihenfolge vorab definiert wird (Hell nach Dunkel, wenig Allergene zu viel Allergene, ohne Zucker zu mit Zucker). Anschließend werden auf Basis dieser Sequenz die ebenfalls vorab schon fixierten Losgrößen zugeordnet.
Doch leider greift dieser Ansatz nicht weit genug, denn in der Regel stehen parallele (funktionsgleiche) Linien zur Verfügung, das heißt, es muss auch entschieden werden, auf welcher Linie gefertigt wird. Erschwerend kommt sogar hinzu, dass häufig die Rüstteams oder auch benötigte Werkzeuge nicht unbegrenzt zur Verfügung stehen und die Zeiten zwischen den Linien synchronisiert sein müssen.
Mit einer geeigneten Planungssoftware (z.B. SimODM) ist es möglich, tausende Kombinationsmöglichkeiten in kürzester Zeit berechnen zu lassen und genau diese Probleme zu lösen, und zwar kostenoptimiert.