Lager und Logistik

Reserven ans Licht!

Simulation in der Fertigungsplanung
Die Anforderungen an industrielle Produktionsprozesse haben sich in den letzten Jahren dramatisch verändert: Auf den meisten Märkten herrscht Überangebot, die Kunden werden immer anspruchsvoller. Neben Qualität und Preis nehmen auch Termintreue und Service einen hohen Stellenwert ein. Unter diesen Randbedingungen helfen Simulationsverfahren, Optimierungspotenziale freizusetzen.

Auf zahlreiche Veränderungen muss sich die Fertigung heute einstellen. Das gilt in besonderem Maße für die Fertigungssteuerung. Hier müssen gegenläufige Ziele wie Kostensenkung durch minimale Bestände, geringen Rüstaufwand und hohe Kapazitätsauslastung sowie hohe Kundenzufriedenheit durch kurze Liefertermine, absolute Termintreue und flexibles Reagieren auf Änderungswünsche miteinander vereinbart werden. Bei zunehmender Typen- und Variantenzahl und wachsender Komplexität der Produkte sind das Anforderungen, die sich ohne geeignete Informationstechnik nicht mehr meistern lassen. In der Fertigungsplanung sind deshalb noch große Chancen verborgen, die durch die kombinierte Anwendung von innovativen Konzepten und Erfahrungen direkte und erhebliche Einsparungen ermöglichen.

Die Mehrheit der produzierenden Unternehmen setzt Produktionsplanungs- und Steuerungs-Systeme (PPS) ein. Jedoch werden dabei die Aufgaben der kurzfristigen Steuerung oft nur unbefriedigend gelöst. So ergab eine Fallstudie in einem mittelständischen Unternehmen folgende erschreckende Ergebnisse: Viele Daten, die im PPS-System die Grundlage der Planung bilden, sind schlicht falsch. Das betrifft nicht nur die aktuellen Bestände in den Zwischen- und Fertigwarenlagern, sondern auch die Bearbeitungszeiten bei den vorhandenen Arbeitsplätzen. Die Planung ermittelt unrealistische Vorgaben, einzelne Arbeitsbereiche werden bis zu 500 Prozent überbelegt! Einige Aufträge haben Rückstandszeiten von mehreren Monaten. In der Folge werden die Vorgaben des PPS-Systems von den Meistern weitgehend ignoriert. Es kommt zu Fehlproduktionen, Lieferengpässen und entgangenen Verkäufen. Das PPS-System kann dem Einkauf keine realistischen Daten liefern. Auch der Verkauf erhält keine Aussagen über mögliche Liefertermine und macht daher den Kunden Zusagen „aus dem Bauch heraus“.

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Dieser Befund dürfte kein Einzelfall sein. Er zeigt, dass mit Einführung eines PPS-Systems die Planungsprobleme noch nicht gelöst sind. Zwei Grundprobleme sind erkennbar: Die Planungsvorgaben werden auf der Grundlage von Erfahrungswerten, nicht mehr aktuellen oder gar falschen Daten errechnet. Die Ergebnisse können nicht besser sein als die Daten, auf denen sie fußen. Zum zweiten sind die Disponenten mit der Komplexität der Planungsaufgabe häufig überfordert. Die Folgewirkungen von Entscheidungen sind nicht mehr übersehbar. Erfahrungswissen und Vorgehensweisen aus der Vergangenheit werden den veränderten Anforderungen nicht mehr gerecht.

Moderne PPS-Systeme bieten oft so viele Optionen und Wahlmöglichkeiten an, dass selbst Experten nicht mehr überblicken, welche Konfiguration im konkreten Falle die günstigste ist. So würde man zum Beispiel erwarten, dass die Einplanungsregel „Aufträge mit frühem Termin zuerst einplanen“ am ehesten geeignet ist, die Termine einzuhalten. Dass dem nicht so ist, zeigt das folgende Beispiel (siehe Tabelle): Drei Aufträge mit jeweils drei sequentiell auszuführenden Arbeitsschritten sind auf vier Maschinen einzuplanen. Beim Einplanen nach Auftragseingang wird nur A rechtzeitig fertig. Durch Auftrags-Splittung und gegebenenfalls höheren Rüstaufwand können A und C termingerecht geliefert werden. Das Einplanen nach Fertigstellungstermin führt zu erhöhter Gesamt-Durchlaufzeit, es werden nur zwei Termine gehalten (A und B). Beim optimierten Einplanen werden alle Termine gehalten, und die Gesamt-Durchlaufzeit sinkt. Ferner ist die Kapazitätsauslastung insofern optimal, als keine Lücken entstehen, die nur schwer durch andere Aufträge zu füllen sind. Dadurch wird auch der Bestandsverlauf günstiger als bei den anderen Strategien.

Realistische Pläne

Schon dieses einfache Beispiel zeigt die Überlegenheit von Optimierungsverfahren gegenüber herkömmlichen Planungsstrategien. Im Zusammenspiel mit Simulationsmodellen, die aktuelle Daten aus der Fertigung verarbeiten, bieten sie wertvolle Hilfen: Nicht nur Zeiten und Kapazitäten werden berücksichtigt, sondern auch technische und organisatorische Randbedingungen aller Art, zum Beispiel Qualifikation des Personals, Werkzeuge, Behälter, Flächen. Automatisch werden Pläne berechnet, die die vom Unternehmen gesetzten Ziele – minimale Bestände und Durchlaufzeiten, hohe Termintreue – optimal erfüllen. Manuelle Veränderungen der berechneten Pläne sind jederzeit möglich, die Folgen von Veränderungen werden sofort grafisch dargestellt. So kann das Erfahrungswissen der Disponenten im Hinblick auf Sensibilität der Kunden oder Qualitätszusammenhänge auf einfache Art und Weise in die Planung eingehen. Bei Störungen berechnet das Werkzeug selbständig die Auswirkungen und entwickelt Vorschläge für alternative Belegungen, die Folgeschäden und Verspätungen reduzieren. Der Disponent wird dadurch von vielen zeitraubenden Routine-Tätigkeiten entlastet. Durch Verknüpfung mit BDE-Systemen zeigt die Plantafel alle Informationen zum aktuellen Stand der Fertigung, so dass der Disponent kurzfristig auf Ausfälle, Nacharbeiten und Ausschussquoten reagieren kann.

Vom PPS-System (oder aus anderen Quellen) übernimmt das Optimierungstool die Produktionsvorgaben und ermittelt einen Produktionsplan. Das Simulationsmodell überprüft, inwieweit dieser Plan realistisch ist und mit dem aktuellen Zustand der Fertigung übereinstimmt. Es berechnet wichtige Kennzahlen und liefert diese zurück an das Optimierungstool, das daraus erkennt, ob der Plan noch weiter verbessert werden muss. Nach einigen Iterationen wird ein Plan gefunden, der die Unternehmensziele in hohem Maße erfüllt. Dieser vollautomatisch erzeugte Plan wird dann dem Planer grafisch angezeigt und lässt sich noch nachbessern. Der vom Planer bestätigte Plan wird der Werkstatt und gegebenenfalls dem PPS-System mitgeteilt.

In den letzten Jahren wurden einige Planungstools auf den Markt gebracht, die Simulation und Optimierung in dieser Art verbinden. Sie können mit vorhandenen PPS-Systemen gekoppelt werden oder – vor allem in kleinen und mittelständischen Unternehmen – viele Funktionen von PPS-Systemen übernehmen.

Weil sich die Investition in derartige modernen Leitstände schnell bezahlt macht, belegen die Erfahrungen von Unternehmen, die bereits mit ihnen arbeiten. Die folgenden Beispiele zeigen, welche Verbesserungen mit diesen neuen APS-Systemen (Advanced Planning and Scheduling oder „Leitstand“) erreicht werden:

Ein deutscher Kfz-Hersteller optimiert die Reihenfolge der Karosserien in der Lackierung mit Hilfe eines simulationsbasierten Leitstandes. Eine wesentliche Anforderung war hier, die Reihenfolge der Farben so zu bestimmen, dass Reinigungsarbeiten minimiert wurden (von hell nach dunkel). Das Unternehmen erzielte zwölf Prozent Kostensenkungen, der Leitstand machte sich somit in acht Monaten bezahlt.

Klaeger Präzision, Althütte/Stuttgart, fertigt Präzisionsteile für die Automobilindustrie. Neben hohen Lagerhaltungskosten machten vor allem die Liefertermine Schwierigkeiten. Der kürzlich eingeführte Leitstand erhöht die Transparenz in der Fertigung und die Genauigkeit der Planung. Das Unternehmen erwartet, dass sich die Investition in den Leitstand in weniger als sechs Monaten amortisiert.

Neutrale Unterstützung

Diese Firmen haben vor der Entscheidung für einen Leitstand die unabhängige Beratung durch Sim-Serv in Anspruch genommen. Dieses von der EU finanziell geförderte Institut bietet Informationen, neutrale Beratung und Unterstützung bei Projekten zur Einführung von simulationsbasierten Technologien in produzierenden Unternehmen. Auf der Website des Instituts sind neben 60 Fallstudien auch Informationen über Tools und Anbieter zu finden sowie ein einfach zu handhabender Fragebogen zur Selbsteinschätzung. Er liefert dem Anwender fundierte Hinweise, ob und wo über den Einsatz der Simulation und moderner Planungstools nachgedacht werden sollte. Johannes Krauth (gm)

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