Verfahren der Fertigungssteuerung: Grundlagen, Beschreibung, Konfiguration (VDI-Buch) (German Edition)

Verfahren der Fertigungssteuerung

Hermann Lödding

Verfahren der Fertigungssteuerung Grundlagen, Beschreibung, Konfiguration

Mit einem Geleitwort von Hans-Peter Wiendahl

123

Dr.-Ing. Hermann Lödding Anton-Laumann-Weg 24 48249 Dülmen

isbn 3-540-20232-3 Springer Berlin Heidelberg New York Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über aufrufbar Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media springer.de © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2005 Printed in Germany Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und MarkenschutzGesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.B. DIN, VDI,VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr für Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Springer-Verlag, Heidelberger Platz 3, 14197 Berlin Einbandgestaltung: Struve & Partner, Heidelberg 68/3020 uw – Gedruckt auf säurefreiem Papier – 5 4 3 2 1 0

Geleitwort

Das Gebiet der Fertigungssteuerung verzeichnet eine wechselvolle Geschichte. Sie begann Mitte der 1960er Jahre, als die Planung und Steuerung der immer größeren Fabriken mit tausenden von Aufträgen und zigtausend Arbeitsgängen die Erfahrung und Vorstellungskraft der Meister und Betriebsleiter überforderte. Berühmte Regeln wurden als Ausweg gesehen, um mit dem immerwährenden Zielkonflikt zwischen hoher Auslastung und pünktlicher Lieferung fertig zu werden. Sie lauteten etwa: „Man muß in eine Werkstatt nur ordentlich viele Aufträge geben, dann ist sie auch produktiv“. Oder: „Rüstzeiten sind möglichst zu vermeiden, fasse also gleiche Aufträge zusammen“. Oder: „Die Abfertigungsregel Kürzeste Operationszeit (KOZ) bewirkt kurze Durchlaufzeiten der Aufträge“. Allen diesen und anderen Regeln ist gemeinsam, dass sie tatsächlich ein einzelnes Ziel durchaus unterstützen, aber den eigentlichen Zielkonflikt nicht lösen können. Große Hoffnungen weckten in diesem Zusammenhang Warteschlangenmodelle, die bereits erfolgreich in Warenverteilsystemen und Telefonnetzen eingesetzt wurden. Trotz großer Anstrengungen in Wissenschaft und Industrie konnte sich deren Anwendung in der Stückgüterproduktion nach dem Werkstättenprinzip aber nicht durchsetzen. Eingehende Untersuchungen zeigten, dass die mathematischen Voraussetzungen dieser Modelle in der Praxis nicht vorlagen. Die wachsende Rechnerkapazität und die Verfügbarkeit grafischer Bildschirme läutete Anfang der 1980er Jahre eine neue Ära der Fertigungssteuerung ein. Der so genannte elektronische Leitstand versprach endlich eine zuverlässige Planung und Abfertigung der Aufträge durch eine minuziöse Einplanung und Verfolgung jedes einzelnen Arbeitsganges auf jeder Maschine. Aber auch diese Hoffnungen wurden enttäuscht, weil das zugrunde liegende deterministische Modell falsch und der Aufwand für die Planung und Systempflege zu groß war. Parallel zu diesen Entwicklungen wurden neue Denkansätze bekannt. Die in Japan entwickelte Kanban-Steuerung stellte bisherige Denkgewohnheiten radikal in Frage, indem man nach dem Prinzip des Supermarktes bei Bedarf die Aufträge aus der Fertigung herauszog (Pullprinzip), statt sie lange vor dem gewünschten Liefertermin in die Fertigung einzulasten (Pushprinzip). Die für die Werkstattfertigung entwickelte Belastungsorientierte Auftragsfreigabe (BOA), später zur Belastungsorientierten Fertigungssteuerung und -regelung erweitert, verknüpfte erstmals eine rückstandsorientierte Kapazitätssteuerung mit einer bestandsgeregelten Auftragsfreigabe. Andere Autoren betonten die Engpassbetrachtung, so die Theory of Constraints (TOC) und das daraus abgeleitete OPT-Verfahren. Weitere Meilensteine waren das CONWIP-Verfahren (Constant Work in Process) und das in der Automobilindustrie entwickelte Fortschrittszahlenkonzept.

VI

Geleitwort

Mitte der 1980er Jahre setzte die Lean Production-Welle ein und die daraus resultierende Zerlegung der Fabriken in autonome markt- und produktorientierte Inseln, Segmente und Fraktale. Diese sollten möglichst weitgehend von den Mitarbeitern gesteuert werden. Hinzu kam die verstärkte Verlagerung von Teilen, Komponenten und ganzen Subsystemen an Zulieferer. Die Produktionsunternehmen konzentrierten sich folgerichtig auf die Beschaffung, Montage und Auslieferung. Das Interesse an der Fertigungssteuerung ging stark zurück und hatte das Verschwinden zahlreicher Fertigungssteuerungssysteme vom Markt zur Folge. Mitte der 1990er Jahre trat die Betrachtung der gesamten Lieferkette vom Lieferanten des Lieferanten bis hin zum Kunden des Kunden in den Vordergrund, die Supply Chain war geboren. Im Vordergrund steht die Transparenz der Abläufe. Ungeachtet dieser und weiterer Entwicklungen wie z.B. Agentensteuerung, Fuzzy Logic und genetischen Algorithmen bleiben die Zielkonflikte und Aufgaben der Fertigungssteuerung natürlich bestehen. Geändert haben sich jedoch die Ansprüche insbesondere hinsichtlich der Liefertreue, die zunehmenden Formen der Produktion und ihre Verknüpfung in Produktionsnetzen sowie die verfügbaren Verfahren zur Aufgabenerfüllung. Fragt man in den Betrieben nach den größten Problemen in der Logistik, wird nach wie vor die logistische Unzuverlässigkeit der Fertigung beklagt. In dieser Situation war das Buch überfällig. In einem neuen systematischen Ansatz bringt der Autor zunächst die Zielgrößen und Aufgaben der Fertigungssteuerung in einen logischen Zusammenhang. Letztere sind die Auftragserzeugung, Auftragsfreigabe, Kapazitätssteuerung und Reihenfolgebildung. Für jede dieser Aufgaben erfolgt eine Charakterisierung anhand ihrer klassifizierenden Merkmale. Den Schwerpunkt des Buches bildet die anschließende Beschreibung sämtlicher in Literatur und Praxis bekannten Verfahren anhand ihrer Logik. Sie werden - unterstützt durch eingängige Grafiken - transparent und können im Hinblick auf ihre Eignung für einen spezifischen Einsatzfall beurteilt werden. Dies geschieht anhand von neun Verfahrensregeln, die dem Leser immer wieder in Erinnerung rufen, wie die jeweiligen Zielgrößen, Stellgrößen und Regelgrößen zusammenhängen. Zum Abschluss zeigt der Autor auf, wie die Auswahl und Abstimmung der einzelnen Bausteine der Fertigungssteuerung erfolgt. Das ist deswegen wichtig, weil einige Verfahren mehrere Aufgaben erfüllen. Die Arbeit zeichnet sich durch eine überzeugende Systematik, sorgfältige internationale Recherchen, transparente Darstellung und unmittelbare Anwendbarkeit aus. Ich wünsche dem Buch eine gute Aufnahme in Wissenschaft und Praxis und bin davon überzeugt, dass es zu einem Standardwerk der PPS-Literatur wird. Hannover, im Mai 2004

Hans-Peter Wiendahl

Vorwort

Praktiker beklagen immer wieder, dass sich viele produktionswissenschaftliche Theorien auf praktische Fälle kaum anwenden lassen. Für das Institut für Fabrikanlagen und Logistik der Universität Hannover (IFA) ist dies seit Jahrzehnten Ansporn, eine praxisgerechte Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Produktionsplanung und -steuerung zu betreiben und diese in Projekten mit Industrieunternehmen im praktischen Einsatz zu testen. In dieser Tradition wendet sich das Buch sowohl an den praxisorientierten Wissenschaftler als auch an den für Theorien aufgeschlossenen Praktiker. Weitere Zielgruppe sind Studenten an Universitäten und Fachhochschulen, die die Grundlagen der Fertigungssteuerung vertiefen möchten. Das vorliegende Buch hat insofern eine besondere Entstehungsgeschichte, als es zum Großteil im Ausland entstanden ist. Während dieser Zeit hatte ich die Gelegenheit, die Theorie der Fertigungssteuerung mit ausgewiesenen Fachleuten zu diskutieren und ihre Praxis in Fabriken in sehr unterschiedlichen Kulturkreisen studieren zu können. Den gastgebenden Professoren und ihren Mitarbeitern bin ich zu großem Dank verpflichtet, und zwar sowohl aufgrund der fachlichen Anleitung als ganz ausdrücklich auch für die sehr großzügig gewährte Gastfreundschaft. Dies sind in chronologischer Reihenfolge: • • • •

Prof. Paul Schönsleben und Prof. Markus Bärtschi vom ETH-Zentrum für Unternehmenswissenschaften (BWI) der ETH Zürich Prof. João Fernando Gomes de Oliveira von der Ingenieurschule São Carlos der Universität São Paulo Prof. Mitchell Tseng vom Advanced Manufacturing Institute der Hong Kong University of Science & Technology Prof. Peter Nyhuis vom Institut für Fabrikanlagen und Logistik der Universität Hannover

Darüber hinaus haben sich viele Kollegen und Freunde der beträchtlichen Mühe unterzogen, das Buchmanuskript insgesamt oder in größeren Teilen zu korrigieren und wertvolle inhaltliche Anregungen zu geben. Besonders gedankt sei dafür den Herren Carsten Begemann, Gregor von Cieminski, Daniel Grabe, Dr. Ralf Hieber, Oliver Kress, Dr. Michael Schneider, Erik Thiry, Dr. Hans-Hermann Wiendahl sowie meiner Mutter Maria Lödding. Bei der Erstellung der Abbildungen haben mich die Mitarbeiter des Zeichenbüros des IFA um Frau Dagmar Schössow-Weber tatkräftig unterstützt. Für die unbürokratische Finanzierung der Arbeiten mit einem Forschungsstipendium danke ich der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

VIII

Vorwort

Fachlich baut das Buch auf den Arbeiten des IFA auf. In ungewöhnlicher inhaltlicher Kontinuität sind dort unter der Leitung der Professoren Kettner, Wiendahl und Nyhuis Forschungsergebnisse erzielt worden, die die Produktionsplanung und -steuerung im deutschsprachigen und zunehmend auch im internationalen Raum geprägt haben. An vorderster Stelle gilt dies für das Trichtermodell mit dem Durchlaufdiagramm und den Logistischen Kennlinien sowie für die am Institut entwickelten Verfahren. Insbesondere zu den Verfahren der Auftragsfreigabe hat das Institut wesentliche Beiträge geleistet. Mit der Workload Control, der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe (BOA) und der Dezentralen Bestandsorientierten Fertigungsregelung (DBF) sind gleich drei Auftragsfreigabeverfahren am IFA entstanden, von denen die von Bechte entwickelte BOA sicher den höchsten Bekanntheitsgrad erreicht hat. Im Bereich der Auftragserzeugung sind die ursprünglich in der Automobilindustrie entwickelten Fortschrittszahlen durch die fachlichen Arbeiten Heinemeyers eng mit dem Institut verknüpft. Sowohl die BOA (Kap. 21) als auch das Fortschrittszahlenprinzip (Kap. 13) werden in diesem Buch zu generischen Fertigungssteuerungsverfahren ausgebaut. In ähnlicher Weise hat das IFA die Aufgabe der Kapazitätssteuerung mit den Arbeiten zur Rückstandsregelung mitgeprägt (Kap. 27). In meiner Zeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter und als Forschungsstipendiat hatte ich das Glück, die Entstehung einer ganzen Reihe bemerkenswerter Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der PPS erleben zu dürfen. Hierzu zählen insbesondere die Habilitation von Prof. Peter Nyhuis sowie die Dissertationen der Doktoren Jan-Wilhelm Breithaupt, Holger Fastabend, Thomas Franken, Michael Höbig, Stefan Lutz, Michael Schneider, Thomas Wahlers, Katja Windt und KwokWai Yu, deren Forschungsergebnisse in dieses Buch eingeflossen sind. Ein besonderer Dank gebührt meinem akademischem Lehrer Prof. Hans-Peter Wiendahl. Er hat mich nicht nur dazu ermuntert, dieses Buch zu schreiben und das Projekt an internationalen Universitäten durchzuführen. Er hat darüber hinaus viele hilfreiche Kontakte hergestellt und das Manuskript einer sorgfältigen Prüfung unterzogen, aus der zahlreiche Verbesserungen und Anregungen resultierten. Widmen möchte ich das Buch meiner unvergleichlichen Großmutter, einer unbeirrbaren Optimistin, der ich viel verdanke. Hannover, im April 2004

Hermann Lödding

Inhaltsverzeichnis

Verzeichnis der Formelzeichen ........................................................................XIX 1

Einleitung .......................................................................................................1 1.1 Einführung...............................................................................................1 1.2 Ein Modell der Fertigungssteuerung .......................................................5 1.3 Aufbau des Buches................................................................................10

Teil A

Grundlagen der Fertigungssteuerung ................................17

2

Logistische Zielgrößen.................................................................................19 2.1 Logistikleistung .....................................................................................20 2.1.1 Lieferzeit ......................................................................................20 2.1.2 Lieferterminabweichung und Liefertreue .....................................24 2.1.3 Servicegrad...................................................................................27 2.1.4 Durchlaufzeit................................................................................29 2.1.5 Terminabweichung und Termintreue ...........................................29 2.2 Logistikkosten .......................................................................................32 2.2.1 Bestand.........................................................................................32 2.2.2 Leistung und Auslastung ..............................................................35 2.2.3 Verzugskosten ..............................................................................37

3

Modellierung der logistischen Zielgrößen .................................................39 3.1 Modellierung der externen logistischen Zielgrößen ..............................40 3.1.1 Lieferzeit ......................................................................................40 3.1.2 Lieferterminabweichung und Liefertreue .....................................43 3.1.3 Servicegrad...................................................................................46 3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen...............................50

X

Inhaltsverzeichnis

3.2.1 Trichtermodell und Durchlaufdiagramm......................................50 3.2.2 Produktionskennlinien..................................................................59 3.3 Folgerungen aus der Modellierung........................................................75 3.3.1 Wirkzusammenhänge zwischen den logistischen Zielgrößen.......75 3.3.2 Leitsätze für die Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren ..................................................78 4

Aufgaben der Produktionsplanung ............................................................81 4.1 Kernaufgaben der Produktionsplanung .................................................81 4.1.1 Produktionsprogrammplanung .....................................................81 4.1.2 Produktionsbedarfsplanung ..........................................................83 4.1.3 Eigenfertigungsplanung................................................................88 4.2 Querschnittsaufgaben der Produktionsplanung und -steuerung.............92 4.2.1 Auftragskoordination ...................................................................92 4.2.2 Lagerwesen ..................................................................................92 4.2.3 PPS-Controlling ...........................................................................93

5

Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale ................................................95 5.1 Fertigungsprinzipien..............................................................................95 5.2 Fertigungsarten......................................................................................97 5.3 Teilefluss...............................................................................................98 5.3.1 Losweiser Transport.....................................................................98 5.3.2 One-piece-flow.............................................................................99 5.3.3 Überlappte Fertigung .................................................................101 5.3.4 Chargenfertigung........................................................................102 5.4 Variantenanzahl...................................................................................103 5.5 Materialflusskomplexität.....................................................................104 5.6 Schwankungen des Kunden- und Kapazitätsbedarfs ...........................105

6

Supply Chain Management (SCM) ..........................................................107 6.1 Definition ............................................................................................107 6.2 Bullwhip-Effekt...................................................................................109 6.2.1 Darstellung und Folgen ..............................................................109 6.2.2 Ursachen.....................................................................................110 6.2.3 Gegenmaßnahmen ......................................................................118 6.3 Methoden ............................................................................................125

Inhaltsverzeichnis

XI

6.3.1 Grundprinzipien .........................................................................125 6.3.2 Vendor Managed Inventories .....................................................128 6.3.3 Collaborative Planning Forecasting Replenishment...................129

Teil B

Verfahren der Auftragserzeugung ....................................131

7

Grundlagen der Auftragserzeugung ........................................................133 7.1 Auslösungsart ......................................................................................134 7.1.1 Auftragsfertigung .......................................................................134 7.1.2 Lagerfertigung............................................................................136 7.2 Erzeugungsumfang ..............................................................................137 7.2.1 Einstufige Auftragserzeugung ....................................................137 7.2.2 Mehrstufige Auftragserzeugung .................................................138 7.3 Auslösungslogik ..................................................................................141 7.3.1 Periodische Auftragserzeugung..................................................141 7.3.2 Ereignisorientierte Auftragserzeugung.......................................141 7.4 Klassifizierung von Auftragserzeugungsverfahren..............................142 7.5 Berücksichtigung von Losgrößen........................................................144 7.6 Berücksichtigung von Kapazitätsrestriktionen ....................................145

8

Bestellbestandsverfahren ..........................................................................147 8.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................147 8.1.1 Grundverfahren ..........................................................................148 8.1.2 Bestellrhythmusverfahren...........................................................152 8.1.3 Bestellbestandsverfahren mit variabler Bestelllosgröße.............153 8.1.4 Bestellbestandsverfahren mit reservierten Beständen ................154 8.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................155 8.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................158 8.3.1 Sicherheitsbestand......................................................................158 8.3.2 Wiederbeschaffungszeit .............................................................164 8.3.3 Abgangslosgrößenabhängiger Parameter ...................................165 8.3.4 Bestelllosgröße...........................................................................166 8.3.5 Verfahrensparameter des Bestellrhythmusverfahrens ................168 8.3.6 Dynamische Anpassung der Verfahrensparameter .....................169 8.4 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................170

XII

Inhaltsverzeichnis

8.5 Anwendung .........................................................................................172 8.5.1 Fallbeispiel: Anwendung des Bestellbestandsverfahrens bei einem Maschinenbauunternehmen ...........................................172 8.5.2 EDV-unabhängige Umsetzung des Bestellbestandsverfahrens ........................................................174 9

Kanban .......................................................................................................177 9.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................177 9.1.1 Ein-Karten-Kanban ....................................................................178 9.1.2 Zwei-Karten-Kanban..................................................................182 9.1.3 Sicht-Kanban..............................................................................183 9.1.4 Behälter-Kanban ........................................................................184 9.1.5 Minimal Blocking ......................................................................186 9.2 Vergleich der Kanban-Steuerung mit dem Bestellbestandsverfahren..190 9.3 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................191 9.4 Holprinzip versus Bringprinzip ...........................................................194 9.5 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................195 9.5.1 Losgröße und Behälterinhalt ......................................................195 9.5.2 Anzahl der Kanbans ...................................................................199 9.6 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................204 9.7 Anwendung .........................................................................................209

10

Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung .....................................211 10.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................211 10.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................218 10.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................220 10.4 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................221 10.5 Anwendung .........................................................................................221

11

Synchro MRP.............................................................................................223 11.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................223 11.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................228 11.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................230 11.4 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................231 11.5 Anwendung .........................................................................................231

Inhaltsverzeichnis

XIII

12

Hybride Kanban-Conwip-Steuerung.......................................................233 12.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................234 12.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................237 12.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................242 12.3.1 Anzahl konventioneller Kanbans..............................................242 12.3.2 Anzahl der Fertigwarenkanbans ...............................................243 12.4 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................245

13

Fortschrittszahlensteuerung .....................................................................249 13.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................250 13.1.1 Definition von Fortschrittszahlen .............................................250 13.1.2 Produktionsprogramm- und Materialbedarfsplanung ...............252 13.1.3 Abschätzung des Kapazitätsbedarfs aus Plan-Fortschrittszahlen..........................................................255 13.1.4 Fertigungssteuerung mit Fortschrittszahlen..............................256 13.1.5 Beispiele...................................................................................258 13.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................266 13.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................268 13.4 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................271 13.5 Anwendung .........................................................................................271

14

Basestock ....................................................................................................273 14.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................273 14.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................277 14.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................280 14.3.1 Plan-Bestände...........................................................................280 14.3.2 Basestocks................................................................................282 14.4 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................285 14.5 Anwendung .........................................................................................285

15

Production Authorization Cards..............................................................287 15.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................287

XIV

Inhaltsverzeichnis

Teil C

Verfahren der Auftragsfreigabe.........................................295

16

Grundlagen der Auftragsfreigabe............................................................297 16.1 Kriterien ..............................................................................................297 16.1.1 Sofortige Auftragsfreigabe .......................................................298 16.1.2 Auftragsfreigabe nach Termin..................................................298 16.1.3 Bestandsregelnde Auftragsfreigabe..........................................300 16.1.4 Auftragsfreigabe mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich................................................................304 16.2 Detaillierungsgrad ...............................................................................306 16.3 Auslösungslogik ..................................................................................309 16.4 Klassifizierung der Auftragsfreigabeverfahren....................................311

17

Auftragsfreigabe nach Termin .................................................................313 17.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................313 17.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................316 17.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................318 17.4 Anwendung .........................................................................................318 17.4.1 Fertigungssteuerung in der Leiterplatten GmbH ......................319 17.4.2 Analyse des Fallbeispiels .........................................................322 17.4.3 Ableitung von Verbesserungsmaßnahmen ...............................324

18

Constant Work in Process.........................................................................327 18.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................327 18.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................331 18.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................333 18.3.1 Anzahl der Conwip-Karten (Festlegung im Betrieb)................333 18.3.2 Anzahl der Conwip-Karten (Modellbasiertes Vorgehen) .........335 18.3.3 Vorgriffshorizont......................................................................337 18.4 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................337 18.5 Anwendung .........................................................................................338

19

Engpass-Steuerung ....................................................................................339 19.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................339 19.1.1 Grundverfahren ........................................................................340 19.1.2 Engpass-Steuerung bei mehreren Engpässen ...........................341

Inhaltsverzeichnis

19.2 19.3

19.4 19.5 19.6

XV

19.1.3 Starvation Avoidance ...............................................................342 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................344 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................347 19.3.1 Grundverfahren ........................................................................348 19.3.2 Starvation Avoidance ...............................................................349 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................350 Anwendung .........................................................................................350 Exkurs: Theory of Constraints.............................................................351

20

Workload Control......................................................................................355 20.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................355 20.1.1 Grundverfahren ........................................................................356 20.1.2 Verfahrensvarianten .................................................................361 20.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................363 20.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................366 20.4 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................370 20.5 Anwendung .........................................................................................370

21

Belastungsorientierte Auftragsfreigabe...................................................373 21.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................374 21.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................378 21.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................382 21.3.1 Vorgriffshorizont......................................................................382 21.3.2 Abzinsungsfaktoren..................................................................383 21.3.3 Bestandsgrenzen.......................................................................385 21.3.4 Festlegung der Abzinsungsfaktoren nach Bechte .....................388 21.3.5 Abbildung anderer Fertigungssteuerungsverfahren über die Parameterfestlegung ................................................388 21.4 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................390 21.5 Anwendung .........................................................................................390

22

Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung ...................................391 22.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................391 22.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................397 22.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................400 22.3.1 Plan-Bestände der Arbeitssysteme ...........................................400

XVI

Inhaltsverzeichnis

22.3.2 Gewichtungsfaktoren für Unterlast und Überlast .....................400 22.3.3 Definition der Terminfunktion .................................................401 22.3.4 Ober- und Untergrenzen für den freizugebenden Arbeitsinhalt für die Fertigung ..............................................403 22.3.5 Obergrenze für den freizugebenden Arbeitsinhalt für einzelne Arbeitssysteme ........................................................405 22.4 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................406 22.5 Anwendung .........................................................................................406 23

Polca-Steuerung .........................................................................................407 23.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................407 23.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................412 23.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................415 23.3.1 Anzahl der Polca-Karten ..........................................................415 23.3.2 Freigabezeitpunkte ...................................................................419 23.4 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................420 23.5 Anwendung .........................................................................................420

24

Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung...............................423 24.1 Verfahrensbeschreibung......................................................................423 24.1.1 Grundverfahren ........................................................................423 24.1.2 Bestandsgeregelte Durchfluss-Steuerung .................................431 24.2 Diskussion der Verfahrensregeln.........................................................431 24.3 Festlegung der Verfahrensparameter...................................................433 24.3.1 Bestandsgrenze.........................................................................434 24.3.2 Positionsnummern ....................................................................437 24.4 Unternehmensübergreifender Einsatz..................................................439 24.5 Anwendung .........................................................................................440

Teil D 25

Reihenfolgebildung ..................................................................441

Reihenfolgebildung ....................................................................................443 25.1 Reihenfolgeregeln zur Erhöhung der Liefertreue ................................445 25.1.1 First in - First out (FIFO) .........................................................445 25.1.2 Frühester Plan-Starttermin (FPS) .............................................445 25.1.3 Frühester Plan-Endtermin (FPE) ..............................................446

Inhaltsverzeichnis

25.2 25.3

25.4 25.5

Teil E 26

XVII

25.1.4 Geringster Restschlupf .............................................................446 Reihenfolgeregel zur Erhöhung des Servicegrads ...............................447 Reihenfolgeregeln zur Erhöhung der Leistung ....................................449 25.3.1 Rüstzeitoptimierende Reihenfolgebildung ...............................449 25.3.2 Extended Work in Next Queue (XWINQ) ...............................451 Kürzeste Operationszeit-Regel (KOZ) ................................................452 Reihenfolgedisziplin............................................................................456

Kapazitätssteuerung ................................................................459

Kapazitätssteuerung..................................................................................461 26.1 Einführung...........................................................................................462 26.2 Rückstandsmessung.............................................................................463 26.2.1 Verfahrensunabhängige Grundlagen ........................................464 26.2.2 Verfahrensabhängige Rückstandsmessung...............................465 26.3 Kapazitätsflexibilität ...........................................................................470 26.3.1 Definitionen und Grundlagen ...................................................470 26.3.2 Kapazitätsflexibilität der Betriebsmittel...................................472 26.3.3 Kapazitätsflexibilität der Mitarbeiter .......................................473 26.3.4 Resultierende Kapazitätsflexibilität einer Fertigung ................476 26.4 Konfiguration der Rückstandsregelung ...............................................478 26.4.1 Auslösungslogik .......................................................................478 26.4.2 Festlegung von Dauer und Höhe der Kapazitätsanpassung ......479 26.4.3 Ableitung von Maßnahmen zur Kapazitätsanpassung ..............481 26.5 Grundsätze der Rückstandsregelung ...................................................482 26.6 Anwendungsbeispiel einer Rückstandsregelung in der Luftfahrtindustrie.................................................................................484 26.7 Mitarbeiterdisposition .........................................................................486 26.7.1 Kriterien der Mitarbeiterdisposition.........................................486 26.7.2 Auslösungslogik .......................................................................487 26.7.3 Lokalität der Mitarbeiterdisposition.........................................487

XVIII

Inhaltsverzeichnis

Teil F 27

Konfiguration der Fertigungssteuerung .........................489

Konfiguration der Fertigungssteuerung ..................................................491 27.1 Einführung...........................................................................................492 27.2 Auswahl eines Auftragserzeugungsverfahrens ....................................493 27.3 Auswahl eines Auftragsfreigabeverfahrens .........................................496 27.3.1 Auswahl einer Verfahrensklasse...............................................496 27.3.2 Auswahl eines Verfahrens ........................................................499 27.3.3 Kombination von Verfahren der Auftragsfreigabe ...................501 27.4 Auswahl von Reihenfolgeregeln..........................................................502 27.5 Gestaltung der Kapazitätssteuerung ....................................................504 27.6 Fallbeispiele ........................................................................................505 27.6.1 Fertigungssteuerung in einer Auftragsfertigung .......................506 27.6.2 Fertigungssteuerung in einer Mischfertigung ...........................511 27.6.3 Fertigungssteuerung in einer hochvolumigen Lagerfertigung..........................................................................517 27.7 Durchsetzung einer Konfiguration ......................................................521

Literatur .............................................................................................................527

Verzeichnis der im Text verwendeten Abkürzungen und Formelzeichen

allgemeine Merkmale (Index oder nachführende Bezeichnung) Zeichen

Bedeutung

i,j,k

allgemeine Laufvariablen

Ist

Ist-Wert einer Größe

m

Mittelwert

mg

mittlerer gewichteter Wert

max

Maximalwert

Plan

Plan-Wert einer Größe

s

Standardabweichung

v

Variationskoeffizient

(T)

Wert einer Größe zum Zeitpunkt T

Dimensionsangaben Einheit

Bedeutung

Anz

Anzahl

BKT

Betriebskalendertag

ME

Mengeneinheiten (allgemein; z. B. Stk ; m2 ; kg)

XX

Verzeichnis der Formelzeichen

Std

Stunden

Std · BKT

Flächenangabe (Stunden · Betriebskalendertag)

Stk

Stück

%

Prozent

Formelzeichen Zeichen

Einheit

Bedeutung

A

%

bestandsbedingte Auslastung

AAP

-

Anzahl Arbeitsplätze

AB

Std

Abgang

ABFA

%

Abzinsungsfaktor

AH

-

Auflagehäufigkeit

AktAS

-

Index des aktuellen Arbeitssystems

AktAVG

-

Index des aktuellen Arbeitsvorgangs

AnzAS

-

Anzahl Arbeitssysteme

AnzAuf

-

Anzahl Aufträge

AnzAVG

-

Anzahl Arbeitsvorgänge

AnzConwip

-

Anzahl Conwip-Karten

AnzDefMas

-

Anzahl defekter Maschinen am Engpassarbeitssystem

AnzEPK

-

Anzahl Engpass-Karten

AnzFWKan

-

Anzahl der Fertigwarenkanbans

AnzKan

-

Anzahl Kanbans

AnzNF

-

Anzahl Nachfragen

AnzPK

-

Anzahl Polca-Karten

AnzVar

-

Anzahl Varianten [-]

AnzÜA

-

Anzahl übergangener Aufträge

B

Std

Bestand

BA

-

Bestand (in Anzahl Aufträgen)

Verzeichnis der Formelzeichen

Zeichen

Einheit

Bedeutung

BB

ME

Bestellbestand

BD

ME

Bedarf

BEL

Std/BKT

Belastung

BFdir

Std⋅BKT

Direktbestandsfläche

BFges

Std⋅BKT

Gesamtbestandsfläche

BG

Std

Bestandsgrenze

Bges

Std

Gesamtbestand

BI

ME

Behälterinhalt

BImin

Std

idealer Mindestbestand

BL

ME

Lagerbestand

BL0

ME

Losbestand

BL1

ME

praktisch minimaler Grenzbestand

BR

ME/BKT

Bedarfsrate

Brel

%

relativer Bestand

BS

ME

Basestock

BT

Std

Bestandstoleranz

BV

BKT

Belastungsverschiebung

c

-

C-Norm-Parameter

CR

-

Critical Ratio

EPS

%

Einlastungsprozentsatz

FAOG

Std

Obergrenze des freizugebenden Arbeitsinhalts

FAUG

Std

Untergrenze des freizugebenden Arbeitsinhalts

FG

-

Flussgrad

FrZ

BKT

Freigabezeitpunkt

FZ

ME

Fortschrittszahl

FZZ

ME

Zugangsfortschrittszahl

IB

BKT

Bestellintervall

KAP

Std/BKT

Kapazität

KAPBed

Std/BKT

Kapazitätsbedarf eines Arbeitssystems

XXI

XXII

Verzeichnis der Formelzeichen

Zeichen

Einheit

Bedeutung

KS

€/ME

Stückkosten

L

Std/BKT

Leistung

Lmax

Std/BKT

maximal mögliche Leistung

LA

-/BKT

Leistung (in Anzahl Aufträgen pro BKT)

LAoffen

ME

Liefermenge offener Lageraufträge

LBG

%

Lieferbereitschaftsgrad

LG

ME

Losgröße (Fertigung)

LT

%

Liefertreue

BKT

Lieferterminabweichung

LTA max

BKT

max. positive Lieferterminabweichung (Verzögerung)

LTAOG

BKT

Obergrenze für die zulässige Lieferterminabweichung

LTAUG

BKT

Untergrenze für die zulässige Lieferterminabweichung

LTE

%

Liefertermineinhaltung

LTW

%

Wunschliefertreue

MA max

ME

max. negative Mengenabweichung (Unterlieferung)

MTTR

Std

mittlere Reparaturdauer (mean time to repair)

NF

ME

Nachfrage

P

BKT

Länge des Bezugszeitraums

Pstat

BKT

Länge der Statistikperiode

p

%

Lagerhaltungskostensatz

PR

-

Prioritätsrang

R

BKT

Reichweite

RD

%

Reihenfolgedisziplin

RH

1/BKT

Rüsthäufigkeit

RK

€

Rüstkosten

RS

Std

Rückstand

LTA +

-

Verzeichnis der Formelzeichen

Zeichen

Einheit

Bedeutung

s

€/ME

Herstellkosten

s0

€/ME

Materialkosten

SB

ME

Sicherheitsbestand

SF

-

Streckungsfaktor

SG

%

Servicegrad

SGg

%

gewichteter Servicegrad

TAA

BKT

Abgangsterminabweichung

TAAOG

BKT

Obergrenze für die zulässige Abgangsterminabweichung

TAAUG

BKT

Untergrenze für die zulässige Abgangsterminabweichung

TAB

BKT

Bearbeitungsanfang Auftrag

TAE

BKT

Bearbeitungsende Auftrag

TAR

BKT

relative Terminabweichung

TAZ

BKT

Zugangsterminabweichung

TBE

BKT

Termin Bearbeitungsende eines Arbeitsvorgangs

TBEV

BKT

Termin Bearbeitungsende des Vorgängerarbeitsvorgangs

te

min/ME

Einzelzeit

TL

BKT

Liefertermin

TP0

BKT

Planungszeitpunkt

tr

min

Rüstzeit

TSS

BKT

Spätester Starttermin des Auftrags

TStart

BKT

Plan-Starttermin

TT

%

Termintreue

UV

ME

Umlaufverschiebung

UZ

BKT

Dispositionszeitraum

VH

BKT

Vorgriffshorizont

WBZ

BKT

Wiederbeschaffungszeit

WZ

BKT

Wartezeit

XXIII

XXIV

Verzeichnis der Formelzeichen

Zeichen

Einheit

Bedeutung

XAb

ME

Lagerabgangsmenge (Abgangslosgröße)

XZu

ME

Lagerzugangsmenge (Zugangslosgröße)

ZAD

BKT

Administrationszeit

ZAU

Std

Auftragszeit (Vorgabestunden)

ZB

BKT

Beschaffungszeit

ZDA

BKT

Auftragsdurchlaufzeit

ZDF

BKT

Durchführungszeit

ZDL

BKT

Durchlaufzeit (Arbeitsvorgang)

ZL

BKT

Lieferzeit

ZLP

BKT

Lieferzeitpuffer

ZT

BKT

Transportzeit

ZU

Std

Zugang

ZUE

BKT

Übergangszeit

ZULerw

ME

erwarteter Lagerzugang

ZV

BKT

Versandzeit

ZVo

BKT

Vorgriffszeit

Abkürzungen ALP

Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung

AS

Arbeitssystem

AVG

Arbeitsvorgang

BOA

Belastungsorientierte Auftragsfreigabe

Conwip

Constant Work in Process

CPFR

Collaborative Planning Forecasting Replenishment

DBF

Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung

FI

Fertigungsinsel

FIFO

First in – First out

FPE

Frühester Plan-Endtermin (Arbeitsvorgang)

Verzeichnis der Formelzeichen

XXV

FPS

Frühester Plan-Starttermin (Arbeitsvorgang)

Korma

Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung

KOZ

Kürzeste Operationszeit

LOZ

Längste Operationszeit

MRP

Material Requirements Planning

MRP II

Manufacturing Resources Planning

PAC

Production Authorization Cards

Polca

Paired-Cell Overlapping Loops of Cards with Authorization

Schlupf

geringster Restschlupf

SCM

Supply Chain Management

1 Einleitung

1.1 Einführung Wissenschaftler und Unternehmensführer auf der gesamten Welt sind sich einig: Unternehmen mit einer Kombination aus Produkten mit hohem Kundennutzen und einer überlegenen Logistik sind im Wettbewerb besonders erfolgreich. Sie wachsen häufig schneller als der Markt und erzielen zudem besonders hohe Gewinne. Eine gute Unternehmenslogistik drückt sich in einer hohen logistischen Zielerreichung aus: •

• •

Erfolgreiche Unternehmen benötigen weniger Bestände in Roh-, Halb- und Fertigwaren. Sie binden damit weniger Kapital im Auftragserfüllungsprozess und können stattdessen in die Entwicklung innovativer Produkte oder fortschrittlicher Technologien investieren. Logistisch führende Unternehmen liefern pünktlich. Sie gewinnen dadurch das Vertrauen ihrer Kunden und vermeiden die hohen Folgekosten verspäteter Lieferungen. Unternehmen mit einer guten Logistik liefern schnell. Sie können so Marktchancen nutzen und häufig auf eine kostspielige Lagerhaltung verzichten.

Während über die Ziele und den Nutzen einer hohen logistischen Zielerreichung eine verblüffende Einigkeit besteht, scheint der Weg dahin schwierig zu sein. Hippler mahnte schon 1921, dass die Geschwindigkeit, mit der das Werkstück durch die Fertigung fließt, eine ganz andere, äußerst wichtige Bedeutung erlangt habe [Hipp-21]. Die seitdem erzielten Fortschritte – vor allem ermöglicht durch die Entwicklung von Produktions- und Informationstechnologien – sind zwar unübersehbar. Dennoch nimmt die Klage der Kunden über zu lange Lieferzeiten und unpünktliche Lieferungen nicht ab. Zum Teil ist dies sicher auf eine gestiegene Erwartungshaltung zurückzuführen. Ein Blick in die unternehmerische Praxis offenbart jedoch auch erhebliche Verbesserungspotenziale. Eine wesentliche Herausforderung liegt darin, dass eine überlegene Zielerreichung erst durch das Zusammenspiel verschiedener Unternehmensfunktionen erreicht werden kann. Erfolgreiche Unternehmen berücksichtigen logistische Anforderungen in so unterschiedlichen Funktionen wie der Produktentwicklung, der Technologieentwicklung, im Marketing und Vertrieb, der Fabrikplanung, der strategischen und operativen Produktionsplanung sowie in der Fertigungssteuerung. Das Buch konzentriert sich auf den Bereich der Fertigungssteuerung als einen wesentlichen Erfolgsfaktor der Logistik, zeigt Verbindungen zu anderen Funktio-

2

1 Einleitung

nen jedoch bei Bedarf auf. Die Fertigungssteuerung bildet aus vier Gründen den Schwerpunkt der Betrachtungen: 1.

Die Fertigungssteuerung ist ein in Theorie und Praxis häufig vernachlässigtes Fachgebiet.

Die Diskussion um die logistische Zielerreichung wird eindeutig von der Produktionsplanung dominiert. Hierfür gibt es drei wesentliche Gründe: Erstens bietet sie intellektuell herausfordernde Aufgaben wie Optimierungsprobleme, die elegant mit Methoden des Operations Research, der künstlichen Intelligenz oder anderer wissenschaftlicher Disziplinen gelöst werden können. Zweitens ist die Produktionsplanung ein sehr großer Markt für Unternehmenssoftware, in dem sich viel Geld verdienen lässt. Entsprechend werden nicht wenige Fachkongresse von Fragen der Informationstechnologie beherrscht. Und drittens ist ein realistischer und guter Produktionsplan tatsächlich eine Voraussetzung für eine hohe logistische Zielerreichung. Es kann dabei jedoch leicht übersehen werden, dass ein guter Produktionsplan nur dann zu einer hohen logistischen Zielerreichung führt, wenn es der Fertigungssteuerung gelingt, diesen Plan auch umzusetzen. Eine funktionierende Fertigungssteuerung ist daher Grundvoraussetzung, um die theoretischen Vorteile einer fortgeschrittenen Produktionsplanung auch praktisch zu erschließen. Sie sollte schon aus diesem Grund eine hohe Aufmerksamkeit erfahren. Dies ist umso dringender, als es Mitarbeitern in der Fertigungssteuerung häufig nicht gelingt, die auf strategischer Ebene geführten Diskussionen über die Bedeutung der logistischen Zielgrößen in den Betriebsalltag zu übertragen. Obwohl ihr persönlicher Erfolg häufig auch anhand der logistischen Zielerreichung gemessen wird, haben viele Mitarbeiter keine klare Vorstellung darüber, wie sie die logistischen Zielgrößen systematisch beeinflussen können. Vereiteln Planungsfehler anderer Unternehmensfunktionen eine hohe Zielerreichung, besteht zudem kein nachvollziehbarer Zusammenhang zwischen der Leistung des Mitarbeiters und den logistischen Kennzahlen. Ein wichtiges Ziel des Buches ist es daher, die Beeinflussung der logistischen Zielgrößen durch die Fertigungssteuerung aufzuzeigen. 2.

Die Bedeutung der Fertigungssteuerung für die logistische Zielerreichung der Produktion nimmt zu.

Auch wenn nicht genug betont werden kann, dass eine hohe logistische Zielerreichung nur durch das abgestimmte Zusammenwirken vieler Unternehmensfunktionen erreicht werden kann, so bildet die Fertigungssteuerung doch ein besonders wichtiges Element. Zum einen vereitelt eine schlechte Fertigungssteuerung eine hohe logistische Zielerreichung auch bei guten Rahmenbedingungen, wohingegen eine gute Fertigungssteuerung Planungsfehler in gewissem Umfang ausgleichen kann. Zum anderen verursacht eine schlechte logistische Zielerreichung der Fertigung sehr große Probleme in den nachfolgenden Bereichen der Lieferkette, wie z. B. Fehlteile in der Montage. Die Fertigung nimmt daher eine logistische Schlüsselstellung ein. Die Bedeutung der Fertigungssteuerung nimmt aus drei Gründen zu: Erstens werden immer höhere Erwartungen an die logistische Zielerreichung gestellt.

1.1 Einführung

3

Zweitens ist es aufgrund der hohen Variantenvielfalt und unsicherer Märkte sehr schwierig geworden, die Nachfrage zuverlässig zu prognostizieren. Entsprechend wird es immer schwieriger, verlässliche Produktionsprogramme zu erstellen. Die Fertigungssteuerung muss daher auf Plan-Änderungen schnell reagieren können. Und drittens erweitert sich der Aufgabenumfang der Fertigungssteuerung stetig. Beschränkte sie sich früher im Wesentlichen auf die Reihenfolgebildung an den Arbeitssystemen, so gibt sie heute auch Aufträge für die Fertigung frei und steuert die Kapazitäten. In der Lagerfertigung übernimmt die Fertigungssteuerung mit der Auftragserzeugung zum Teil sogar Aufgaben der Produktionsplanung. 3.

Neue theoretische Erkenntnisse in der Modellierung der logistischen Zielgrößen ermöglichen eine wirksamere Fertigungssteuerung.

Das theoretische Verständnis dafür, wie die logistischen Zielgrößen zusammenhängen und wie sie beeinflusst werden können, hat sich seit den 1980er Jahren deutlich vertieft. Neue Erkenntnisse in der Modellierung der logistischen Zielgrößen können neue Entwicklungen bei den Verfahren zur Fertigungssteuerung auslösen. Dies sei an einigen Beispielen erläutert. •

•

•

4.

Sowohl Little´s Law [Litt-61] als auch die Trichterformel [Bech-84] formulieren einen Zusammenhang zwischen dem Bestand der Fertigung, ihrer Leistung und der Durchlaufzeit der Aufträge. Wight folgerte schon Anfang der siebziger Jahre [Wigh-70], dass eine Bestandsregelung eine Steuerung der Durchlaufzeiten erlauben würde. In der Folge wurden zahlreiche Auftragsfreigabeverfahren entwickelt, die den Bestand der Fertigung regeln. In jüngerer Zeit wurden erhebliche Fortschritte in der Modellierung von Terminabweichung und Termintreue erzielt [Yu-01]. Die mittlere Terminabweichung der Aufträge ergibt sich demnach aus dem Verhältnis von Rückstand und Leistung der Fertigung. Es ist daher abzusehen, dass Verfahren der Rückstandsregelung an Bedeutung gewinnen werden [Pete-96, Brei-01, Remp-03]. Die Termintreue ist eine Funktion von Mittelwert und Streuung der Terminabweichung. Diese Erkenntnis führt zu einer Neubewertung der Eignung von Reihenfolgeregeln. Logistische Kennlinien beschreiben die Zielkonflikte zwischen den logistischen Zielgrößen. Produktionskennlinien bilden den Zusammenhang zwischen Bestand, Durchlaufzeit und Auslastung eines Arbeitssystems ab [Nyhu91]. Sie ermöglichen damit eine logistische Positionierung im Dilemma zwischen niedrigen Beständen und Durchlaufzeiten einerseits und einer hohen Auslastung andererseits. Lagerkennlinien quantifizieren den Zusammenhang zwischen Lagerbestand und Servicegrad eines Produkts [Gläß-95, Lutz-01, Lutz-02, Nyhu-02]. Produktions- und Lagerkennlinien führten bislang zwar nicht zur Neuentwicklung von Fertigungssteuerungsverfahren. Sie vereinfachen aber eine systematische Festlegung der Verfahrensparameter. Dadurch leisten sie einen wichtigen Beitrag zur logistischen Zielerreichung. Die Praxis der Fertigungssteuerung bietet ein erhebliches Verbesserungspotenzial.

Es gibt Unternehmen, die sich die Grundsätze der Fertigungssteuerung selbst erarbeitet haben und hervorragende Ergebnisse erzielen. Generell ist es auch längst

4

1 Einleitung

nicht so, dass es zwischen Wissenschaft und Praxis einen einseitigen Wissenstransfer gäbe. Im Gegenteil sind gerade im Bereich der Fertigungssteuerung zahlreiche Verfahren in der Praxis entstanden. Die führenden wissenschaftlichen Institute pflegen daher den Dialog mit der Praxis. Gleichwohl gibt es in der überwiegenden Anzahl der produzierenden Unternehmen ein erhebliches Verbesserungspotenzial in der Fertigungssteuerung. Dieses Potenzial kann häufig durch vergleichsweise einfache Maßnahmen erschlossen werden. Es bietet damit eine hervorragende Chance für Unternehmen, Bestände und Lieferzeiten zu senken und die Termintreue zu erhöhen. Insgesamt steht eine Fülle von Fertigungssteuerungsverfahren zur Verfügung, deren Wirkungsweise und Parameter aber nicht allgemein bekannt sind. Das Buch stellt daher eine Auswahl von Verfahren vor und erläutert die Aufgaben, die das Verfahren erfüllt, und seine Parameter. Verfahren stehen im Mittelpunkt, weil sie Entscheidungen standardisieren. Dadurch helfen sie einerseits, den Entscheidungsprozess zu rationalisieren und die Entscheidungsgeschwindigkeit zu beschleunigen. Verfahren entlasten Mitarbeiter zudem von häufig stupiden Routineaufgaben. Auf der anderen Seite bergen sie erhebliche Risiken. Insbesondere nimmt die Kontrolle der Entscheidungen ab. Es überprüft häufig niemand mehr, ob die von einem Verfahren getroffenen Entscheidungen im Hinblick auf die Gesamtzielsetzung noch sinnvoll sind. Nicht selten werden zudem die bei der Einführung an ein Verfahren geknüpften Erwartungen enttäuscht. Hierfür gibt es mindestens fünf Gründe: 1. Mangelndes Potenzial: Zum Teil besteht in der Fertigung schlicht nicht das erforderliche Potenzial, um die logistischen Ziele erreichen zu können. In diesem Fall liegt die Lösung des Problems nicht in einer verbesserten Fertigungssteuerung, sondern in einer Verbesserung der Fertigung selbst (z. B. durch eine Verkürzung der Rüstzeiten) oder in einer fertigungsgerechten Produktkonstruktion. 2. Falscher Ansatzpunkt: Die Ursachen für eine mangelhafte Zielerreichung müssen nicht zwangsläufig in dem Bereich liegen, in dem das ausgewählte Fertigungssteuerungsverfahren ansetzt. Wenn z. B. die Termintreue durch eine mangelnde Reihenfolgedisziplin und eine fehlende Rückstandsregelung verringert wird, kann der Einsatz eines Verfahrens zur Auftragsfreigabe keine Besserung bringen. 3. Ungeeignetes Verfahren: Das Verfahren eignet sich nicht für den spezifischen Anwendungsfall, z. B. weil die Variantenvielfalt zu hoch oder das Verfahren nicht auf die Materialflusskomplexität abgestimmt ist. 4. Falsche Parametrisierung des Verfahrens: Die Wirkung eines Verfahrens hängt ganz erheblich von der Festlegung der Verfahrensparameter ab. Dieser widmen jedoch nur die wenigsten Unternehmen die erforderliche Beachtung. Viele Unternehmen schätzen die Bedeutung der Parameter falsch ein. Häufig wissen sie zudem nicht, wie sie die Parameter in geeigneter Weise festlegen sollen. 5. Fehler in der Umsetzung: Mindestens zum Teil lässt sich die mangelnde Zielerreichung in der Praxis auch aus einer fehlerhaften Umsetzung erklären. Ein bekanntes Beispiel ist die Praxis vieler Unternehmen, einen Teil der Aufträge vor dem Plan-Starttermin freizugeben, um so ihre rechtzeitige Fertigstellung zu

1.2 Ein Modell der Fertigungssteuerung

5

gewährleisten. Dadurch erhöht sich der Bestand in der Fertigung, und es konkurrieren dringliche Aufträge mit nicht dringlichen Aufträgen um die Ressourcen. Die vorzeitige Fertigstellung einiger Aufträge verzögert jedoch zwangsläufig den Durchlauf der übrigen Aufträge und kann so ihre Verspätung verursachen. Als Folge sinkt die Liefertreue. Mit Ausnahme des ersten Falls, in dem kein logistisches Potenzial besteht, können Unternehmen ihre logistische Zielerreichung und damit ihre Wettbewerbsfähigkeit durch eine verbesserte Fertigungssteuerung erhöhen, in vielen Fällen kurzfristig und in erheblichem Ausmaß. Dazu ist jedoch ein vertieftes Verständnis der Fertigungssteuerung und der eingesetzten Verfahren erforderlich. Ziel des Buches ist es, dieses Verständnis zu fördern und die Hebel zur Erschließung des vorhandenen Verbesserungspotenzials auszuweisen.

1.2 Ein Modell der Fertigungssteuerung Die Fertigungssteuerung ist Bestandteil der Produktionsplanung und -steuerung (PPS). Die PPS hat die Aufgabe, das laufende Produktionsprogramm für mehrere Planungsperioden im Voraus zu planen, daraus Material- und Ressourcenbedarfe abzuleiten und das Produktionsprogramm trotz unvermeidlicher Störungen wie Personalausfall oder Maschinenstörungen, Lieferverzögerungen und Ausschuss möglichst gut zu realisieren [Wien-97]. Das vor allem im deutschsprachigen Raum weit verbreitete Aachener PPS-Modell unterscheidet zwischen Kernaufgaben und Querschnittsaufgaben (vgl. [Lucz-99] sowie Bild 1.1). Kernaufgaben der PPS sind die Produktionsprogrammplanung, die Produktionsbedarfsplanung sowie die Planung und Steuerung von Fremdbezug und Eigenfertigung. Die Produktionsprogrammplanung bestimmt, welche Erzeugnisse in welcher Menge in den nächsten Planungsperioden produziert werden sollen. Die Produktionsbedarfsplanung leitet aus diesem Produktionsprogramm den erforderlichen Material- und Ressourcenbedarf ab. Dazu ermittelt sie den Sekundärbedarf an Komponenten und Teilen, terminiert die Fertigungsaufträge und ermittelt die Belastung der Kapazitätsgruppen der Fertigung. In der Regel beziehen Unternehmen einen Teil der Komponenten und Teile von Lieferanten und fertigen den anderen Teil selbst. Der Unterschied zwischen Fremdbezug und Eigenfertigung ist letztlich eine Frage des Bezugspunktes in der Lieferkette: Der Auftrag für eine Komponente ist Eigenfertigung für den Lieferanten, aber Fremdbezug für den abnehmenden Produzenten. Das Aachener PPS-Modell ordnet der Eigenfertigungsplanung und -steuerung u.a. Aufgaben wie die Losgrößenrechnung, Feinterminierung, Reihenfolgeplanung und Verfügbarkeitsprüfung zu.

6

1 Einleitung

IFA G1863

Bild 1.1

Aufgabensicht des Aachener PPS-Modells (FIR)

Gegenstand der Fremdbezugsplanung und -steuerung sind entsprechend die Bestimmung der Bestell-Losgröße, die Einholung und Bewertung von Angeboten und die Lieferantenauswahl [Lucz-99]. Die Querschnittsaufgaben der PPS koordinieren die Auftragsabwicklung über verschiedene Unternehmensbereiche hinweg (Auftragskoordination), stellen Lagergüter bereit (Lagerwesen) und messen die logistische Zielerreichung (PPSControlling). Sowohl die Kernaufgaben als auch die Querschnittsaufgaben sind auf eine sorgfältige Datenverwaltung angewiesen [Lucz-99]. Die in diesem Buch betrachtete Aufgabe der Fertigungssteuerung ist im Aachener PPS-Modell vor allem Teil der Eigenfertigungsplanung und -steuerung. Sie bildet damit dem Umfang nach nur einen kleinen Bestandteil des Modells. Ihre Bedeutung für die logistische Zielerreichung ist – wie bereits ausgeführt – jedoch sehr hoch. Um die Aufgaben der Fertigungssteuerung und ihren Einfluss auf die logistischen Zielgrößen zu verdeutlichen, wird im Folgenden ein Modell der Fertigungssteuerung eingeführt. Nach Wiendahl ist es Aufgabe der Fertigungssteuerung, die Vorgaben der Produktionsplanung auch bei – häufig unvermeidbaren – Störungen umzusetzen [Wien-97b]. Dieses Grundverständnis der Fertigungssteuerung lässt sich in ein Fertigungssteuerungsmodell übertragen (Bild 1.2). Das Modell verdichtet wesentliche Erkenntnisse aus der Modellierung der logistischen Zielgrößen, aus der Theorie der Produktionsregelung und aus der Verfahrensentwicklung, die in Forschungsarbeiten am Institut für Fabrikanlagen und Logistik der Universität Hannover gewonnen wurden. Lesern ohne diese fachlichen Vorkenntnisse wird es daher aller Voraussicht nach Mühe bereiten, das Modell beim ersten Lesen vollständig zu durchdringen. Dies ist jedoch auch nicht erforderlich. Es dient an dieser Stelle zunächst als Rahmen, um die Aufgaben der Fertigungssteuerung in einen

1.2 Ein Modell der Fertigungssteuerung

7

logischen Zusammenhang mit den logistischen Zielgrößen zu bringen. Die Wirkzusammenhänge werden ausführlich in den späteren Kapiteln erläutert.

IFA 11.239

Bild 1.2

Ein Modell zur Fertigungssteuerung

Das Modell besteht aus vier Elementen: den Aufgaben der Fertigungssteuerung und der Produktionsplanung sowie den Stellgrößen, Regelgrößen und Zielgrößen. Diese Elemente sind durch Wirkzusammenhänge miteinander verknüpft: 1. Die Aufgaben legen die Stellgrößen fest. 2. Die Regelgrößen ergeben sich als Abweichung von zwei Stellgrößen. 3. Die Regelgrößen bestimmen die logistischen Zielgrößen. Die Elemente des Modells werden im Folgenden erläutert. 1. Aufgaben: Die Auftragsfreigabe, die Kapazitätssteuerung und die Reihenfolgebildung bilden die Aufgaben der Fertigungssteuerung. Die Auftragsfreigabe legt den Zeitpunkt und die Reihenfolge fest, in der die Aufträge für die Fertigung freigegeben werden. Sie legt damit den Ist-Zugang zur Fertigung fest. Die Kapazitätssteuerung bestimmt die Höhe der Kapazitäten in der Fertigung. Dazu legt sie die Arbeitszeiten der Mitarbeiter fest und bestimmt, welcher Mitarbeiter wie lange an welcher Maschine arbeitet. Sie beeinflusst damit den Ist-Abgang der Fertigung1. Die Reihenfolgebildung bestimmt, in welcher Reihenfolge die Aufträge an einem Arbeitssystem abgearbeitet werden. Die Auftragserzeugung legt die Planwerte von Zugang und Abgang der Fertigung und die Plan1

Der Abgang der Fertigung wird wesentlich von der Kapazität beeinflusst, darüber hinaus jedoch auch vom Bestand der Fertigung, generell von der Nachfrage des Marktes nach Produkten und zum Teil auch von der Reihenfolge, in der die Aufträge abgearbeitet werden. Die Darstellung des Abgangs als Stellgröße vereinfacht damit komplexere Zusammenhänge zugunsten einer größeren Übersichtlichkeit.

8

1 Einleitung

Reihenfolge fest. Die Auftragserzeugung ist damit logischer Bestandteil der Produktionsplanung. Sie umfasst häufig viele Unteraufgaben, wie die Produktionsprogrammplanung, die Sekundärbedarfsermittlung und die Termin- und Kapazitätsplanung. In der Lagerfertigung wird die Auftragserzeugung zum Teil jedoch von sehr einfachen Verfahren ausgeführt, wie z. B. der KanbanSteuerung. Diese Verfahren werden – wohl vor allem wegen der Kürze des Entscheidungshorizonts – häufig den Fertigungssteuerungsverfahren zugeordnet, obwohl sie Planungsaufgaben durchführen. In der Regel legen sie die Planwerte nicht explizit fest. Es ist jedoch möglich, sinnvolle Planwerte aus der Verfahrenslogik und der Parameterfestlegung abzuleiten. 2. Stellgrößen: Die Stellgrößen der Fertigungssteuerung sind der Zugang und Abgang der Fertigung und die Reihenfolge, in der die Aufträge abgearbeitet werden. Das Modell enthält sowohl die von der Fertigungssteuerung bestimmten Ist-Werte als auch die von der Produktionsplanung festgelegten Planwerte. Der Zugang beschreibt die Arbeit, die der Fertigung in Form von Aufträgen mit einer bestimmten Vorgabezeit zugeht. Diese Stellgröße kann durch den Betrag und den Zeitpunkt des Zugangs beschrieben werden. Sie beinhaltet außerdem die Reihenfolge, in der die Aufträge der Fertigung zugehen. Der Abgang kann entsprechend durch den Betrag und den Zeitpunkt der Arbeit beschrieben werden, der von einer Fertigung abgearbeitet wird. Als eigenständige Stellgröße ist die Reihenfolge des Abgangs definiert, mit der die Aufträge von der Fertigung abgearbeitet werden. 3. Regelgrößen: Die Regelgrößen der Fertigungssteuerung ergeben sich aus der Abweichung zwischen zwei Stellgrößen: Die Differenz von Ist-Zugang und IstAbgang einer Fertigung definiert den Bestand der Fertigung. Beide Größen werden zu diesem Zweck kumuliert über der Zeit gemessen. Die Regelgröße Bestand wirkt auf die Zielgrößen Bestand2 und Auslastung der Fertigung sowie auf die Durchlaufzeiten der Aufträge. Der Rückstand ist als Differenz von PlanAbgang und Ist-Abgang definiert. Auch hier ist es erforderlich, die Stellgrößen kumuliert über der Zeit zu messen. Bei einem positiven Rückstand ist der PlanAbgang größer als der Ist-Abgang. Der Rückstand beeinflusst maßgeblich die Termintreue der Fertigung. Die Reihenfolgeabweichung beschreibt die Abweichung der tatsächlichen von der geplanten Reihenfolge. Sie wirkt – zusammen mit dem Rückstand – auf die Termintreue der Fertigung ein. 4. Logistische Zielgrößen: Das Modell enthält die fundamentalen logistischen Zielgrößen Bestand, Auslastung, Durchlaufzeit und Termintreue. Der Bestand der Fertigung ist als Differenz von (kumuliertem) Ist-Zugang und Ist-Abgang definiert (s.o.). Er bestimmt mit, wie viel Kapital im Umlaufbestand der Fertigung gebunden ist und wie viel Stellfläche in der Produktion benötigt wird. Die (bestandsbedingte) Auslastung beschreibt die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Arbeitssystem nicht arbeiten kann, weil kein Auftrag vorhanden ist. Sie wirkt damit auf die Kosten der Fertigung. Die Durchlaufzeit der Aufträge ist als die Zeitdauer von der Freigabe eines Auftrags bis zur Fertigstellung des Auftrags definiert. Sie bildet damit eine Untergrenze für die Lieferzeit eines Auftrags. 2

Der Bestand ist sowohl Regelgröße als auch logistische Zielgröße.

1.2 Ein Modell der Fertigungssteuerung

9

Die Termintreue ist als prozentualer Anteil der Aufträge definiert, die innerhalb einer Abweichung vom Plan-Fertigstellungstermin fertig gestellt werden, die kleiner ist als eine definierte Termintoleranz. Die Termintreue wirkt direkt auf die Liefertreue eines Unternehmens gegenüber dem Kunden. Das Modell kann für viele Zwecke eingesetzt werden. Für die Praxis der Fertigungssteuerung bedeutsam scheinen vor allem vier: 1. Analyse mangelnder Zielerreichung: Das Modell ermöglicht es, systematisch die Ursachen für eine unbefriedigende logistische Zielerreichung zu analysieren. Überhöhte Bestände und Fertigungsdurchlaufzeiten oder eine niedrige bestandsbedingte Auslastung sind auf eine unzureichende Abstimmung von IstAbgang und Ist-Zugang zurückzuführen. Damit sind die Auftragsfreigabe und die Kapazitätssteuerung aufeinander abzustimmen. Eine niedrige Termintreue wird von einem positiven Rückstand oder von Reihenfolgeabweichungen verursacht. Ist der Rückstand positiv, muss das Unternehmen Plan- und IstAbgang besser aufeinander abstimmen. Dies betrifft die Aufgaben der Auftragserzeugung und der Kapazitätssteuerung. Treten Reihenfolgeabweichungen auf, ist die Ist-Reihenfolge auf die Plan-Reihenfolge abzustimmen. Dies ist Aufgabe der Reihenfolgebildung. Ggf. ist auch die Festlegung der PlanReihenfolge zu überprüfen. 2. Gestaltung einer Fertigungsregelung: Das Modell zeigt auf, wie eine Fertigungsregelung der logistischen Zielgrößen erzielt werden kann. Eine Bestandsregelung nutzt die Auftragsfreigabe, um den Ist-Zugang an den Ist-Abgang zu koppeln. Dadurch können Bestand, (bestandsbedingte) Auslastung und Durchlaufzeit gesteuert werden. Eine Rückstandsregelung steuert die Kapazitäten so, dass der Ist-Abgang stets dem Plan-Abgang folgt und der Rückstand möglichst null ist. Dies erhöht die Termintreue der Fertigung. Gleichfalls auf die Termintreue wirkt eine Reihenfolgeregelung. Diese legt die Bearbeitungsreihenfolge so fest, dass Ist-Reihenfolge und Plan-Reihenfolge möglichst gut übereinstimmen. 3. Aufbau eines Systemverständnisses der Fertigungssteuerung: Das Modell unterstützt ein Systemverständnis der Fertigungssteuerung, indem es den logischen Zusammenhang zwischen den Aufgaben der Fertigungssteuerung und den logistischen Zielgrößen darstellt. Das Systemverständnis wird weiterhin dadurch gefördert, dass es alle internen logistischen Zielgrößen beschreibt (Bestand, Durchlaufzeit, Auslastung und Termintreue) und sich nicht auf einen Teil der Zielgrößen beschränkt. 4. Unterscheidung zwischen Planung und Steuerung: Das Modell verdeutlicht den Unterschied zwischen der Produktionsplanung und der Fertigungssteuerung. Die Produktionsplanung legt die Planwerte der Stellgrößen fest, die Fertigungssteuerung die tatsächlichen Ist-Werte. Dies verdeutlicht die hohe Bedeutung der Fertigungssteuerung. Gleichwohl ist das Modell mit Einschränkungen verbunden. Vier wichtige Einschränkungen werden in den nachfolgenden Absätzen diskutiert. Sie resultieren im Wesentlichen aus der Intention, das Modell übersichtlich zu halten:

10

1 Einleitung

1. Das Modell bildet keine externen logistischen Zielgrößen ab: Das Modell beschreibt ausschließlich, wie die Fertigungssteuerung und die Produktionsplanung die internen logistischen Zielgrößen beeinflussen. Die gegenüber dem Kunden wirksamen externen logistischen Zielgrößen Lieferzeit und Liefertreue sind von den internen Zielgrößen Durchlaufzeit und Termintreue ggf. durch Planungsparameter wie einen Lieferzeitpuffer oder andere Zeitanteile entkoppelt. Der Zusammenhang zwischen den externen und den internen logistischen Zielgrößen ist Gegenstand von Kapitel 3 (Modellierung der logistischen Zielgrößen). 2. Das Modell bildet nur einen Teil der Wirkzusammenhänge ab: Das Modell beschränkt sich darauf, die starken Abhängigkeiten abzubilden. Neben diesen gibt es noch eine Reihe schwacher Wirkzusammenhänge. Zum Beispiel kann sich die Reihenfolge auf die Leistung und damit den Abgang der Fertigung auswirken (z. B. bei reihenfolgeabhängigen Rüstzeiten). Außerdem beeinflusst der Zugang zur Fertigung den Bestand und damit auch den möglichen Abgang. Diese und andere Abhängigkeiten werden ausführlich in den späteren Kapiteln des Buches erläutert. 3. Das Modell bildet keine quantitativen Zusammenhänge ab: Obwohl alle dargestellten Abhängigkeiten auf quantitativen Zusammenhängen beruhen, beschreibt das Modell selbst nur die qualitativen Zusammenhänge. Es wird daher im Folgenden um das Hannoveraner Trichtermodell ergänzt. 4. Das Modell enthält nicht alle Aufgaben der Fertigungssteuerung: Das Aachener PPS-Modell [Lucz-99] ordnet der Fertigungssteuerung weitere Aufgaben zu. Für die logistische Zielerreichung bedeutend ist insbesondere die Arbeitsverteilung, die darüber entscheidet, an welchem von mehreren alternativen Arbeitsplätzen ein Auftrag ausgeführt wird [Wien-02]. Die Arbeitsverteilung wird nachfolgend nur am Rande erläutert. Grundsätzlich lässt sich jedoch zeigen, dass es bei identischen Maschinen und reihenfolgeunabhängigen Rüstzeiten sinnvoll ist, den Auftrag nicht im Vorhinein einer bestimmten Maschine zuzuordnen [Wien-97b, Wien-02]. Vielmehr reicht es aus, dass eine Maschine immer dann den Auftrag mit der höchsten Priorität aus einer zentralen Warteschlange auswählt, wenn sie einen anderen Auftrag abgeschlossen hat. Selbst bei unterschiedlichen Maschinen oder reihenfolgeabhängigen Rüstzeiten spricht vieles dafür, keine aktive Arbeitsverteilung anzuwenden, sondern lediglich eine geeignete Reihenfolgeregelung zu verabreden.

1.3 Aufbau des Buches Die im Buch beschriebenen Verfahren erfüllen alle im Fertigungssteuerungsmodell beschriebenen Aufgaben: 1. 2. 3. 4.

die Erzeugung von Aufträgen die Freigabe von Aufträgen die Reihenfolgebildung die Steuerung von Kapazitäten

1.3 Aufbau des Buches

11

Obwohl die Auftragserzeugung eine Aufgabe der Produktionsplanung ist, wird sie hier für verschiedene Verfahren der Lagerfertigung dargestellt. Dies sind Verfahren wie die Kanban-Steuerung, die Aufträge kurzfristig und ereignisorientiert erzeugen und damit in der Regel nicht Bestandteil periodischer Planungsläufe in Unternehmen sind. In einfachen Fällen decken diese Aufgaben die Steuerung des Auftragserfüllungsprozesses von einer Kundennachfrage bis zur Lieferung des Produkts vollständig ab. In allen Fällen beeinflussen sie dessen logistische Zielerreichung – wie im Fertigungssteuerungsmodell beschrieben – wesentlich mit. Bild 1.3 verdeutlicht das Zusammenspiel der Einzelaufgaben im Rahmen des Auftragserfüllungsprozesses. Ausgehend vom Kundenbedarf werden Aufträge erzeugt, die nach definierten Kriterien freigegeben werden. An den Arbeitssystemen findet einerseits eine Kapazitätssteuerung und andererseits eine Reihenfolgebildung statt. Daraus entstehen aufgabenspezifische Informationsflüsse.

IFA 10.887

Bild 1.3

Informationsflüsse zur Steuerung des Auftragserfüllungsprozesses

Nicht oder allenfalls sehr knapp beschrieben werden solche Verfahren, die andere als die vier genannten Aufgaben erfüllen. Dies betrifft insbesondere Verfahren, die Aufträge terminieren (z. B. Verfahren der Feinterminierung), Kapazitäten planen, Losgrößen festlegen, Liefertermine bestimmen oder über die Annahme eines Auftrags entscheiden. Damit soll weder die Bedeutung dieser Aufgaben gering geschätzt noch die Eignung der Verfahren beurteilt werden. Das Buch gliedert sich nach diesen Vorüberlegungen in sechs Teile (Tabelle 1.1), deren Inhalt im Folgenden erläutert wird.

12

1 Einleitung

Tabelle 1.1 Struktur des Buches Teil A B C D E F

Inhalt Grundlagen der Fertigungssteuerung Verfahren der Auftragserzeugung Verfahren der Auftragsfreigabe Reihenfolgebildung Kapazitätssteuerung Konfiguration der Fertigungssteuerung

Kapitel 2-6 7-15 16-24 25 26 27

Teil A: Grundlagen der Fertigungssteuerung

Der erste Teil des Buches ist den Grundlagen der Fertigungssteuerung gewidmet. Er besteht aus fünf Kapiteln: • •

• •

•

Kapitel 2 definiert die logistischen Zielgrößen und erläutert ihre Bedeutung für den Unternehmenserfolg. Es begründet damit auch die Bedeutung der Fertigungssteuerung insgesamt. Kapitel 3 erläutert die Zusammenhänge zwischen den im Fertigungssteuerungsmodell dargestellten Stell-, Regel- und Zielgrößen. Es stellt außerdem die Verbindung zwischen den internen logistischen Zielgrößen und den gegenüber dem Kunden wirksamen externen logistischen Zielgrößen dar. Die Modellierung folgt dem in Theorie und Praxis bewährten Hannoveraner Trichtermodell mit dem Durchlaufdiagramm und den logistischen Kennlinien. Das Kapitel spielt eine Schlüsselrolle bei der Auslegung der Fertigungssteuerungsverfahren. Kapitel 4 beschreibt die Aufgaben der Produktionsplanung. Diese legt anhand der Kundenwünsche Planwerte fest, an denen sich die Fertigungssteuerung ausrichtet. Sie ist daher eng mit der Fertigungssteuerung verzahnt. Kapitel 5 erörtert steuerungsrelevante Merkmale der Fertigung. Dies ist zum einen erforderlich, weil sich die mögliche Anwendung eines Teils der Fertigungssteuerungsverfahren auf bestimmte Fertigungsprinzipien und -arten beschränkt. Zum anderen wird aufgezeigt, wie sich die logistischen Zielgrößen durch Gestaltungsmöglichkeiten beeinflussen lassen, die außerhalb der Fertigungssteuerung liegen. Kapitel 6 ist der unternehmensübergreifenden Produktionsplanung und -steuerung gewidmet. Es greift damit die anhaltende Diskussion über das Management von Lieferketten bzw. -netzwerken auf. Den Schwerpunkt bildet die Analyse von Ursachen für die Verstärkung von Nachfrageschwankungen in Liefernetzwerken (sog. Bullwhip-Effekt). Hieraus lassen sich insbesondere Anforderungen an die Auftragserzeugung in Liefernetzwerken ableiten.

Teil B: Auftragserzeugung

Eine wichtige Klasse von Verfahren erzeugt Aufträge und damit die Planwerte für Zugang und Abgang der Fertigung und die Reihenfolge der Aufträge. Die Realisierbarkeit dieser Planwerte beeinflusst die mögliche Termintreue der Fertigung. Die Verfahren geben außerdem die Planwerte für den Bestand in der Fertigung und die Durchlaufzeit der Aufträge vor. Grundlage für die Auftragserzeugung sind meist entweder Kundenaufträge oder Lagerabgänge. Beispiele für Auftragserzeu-

1.3 Aufbau des Buches

13

gungsverfahren sind das MRP II-Verfahren und die Verfahren der Lagerfertigung (z. B. Kanban-Steuerung, Bestellbestandsverfahren, Basestock). Verfahren zur Auftragserzeugung werden in produzierenden Unternehmen und darüber hinaus auch in Handelsunternehmen eingesetzt. Viele Unternehmen steuern verschiedene Produkte zudem mit unterschiedlichen Verfahren. In einem Unternehmen können daher mehrere Verfahren zur Auftragserzeugung parallel angewendet werden. Es werden acht verschiedene Verfahren zur Auftragserzeugung beschrieben, die teilweise mehrere Verfahrensvarianten umfassen (Tabelle 1.2). Das erste Kapitel von Teil B beschreibt die Grundlagen der Auftragserzeugung. Die übrigen Kapitel erläutern Verfahren der Lagerfertigung, die Aufträge ereignisorientiert erzeugen. Tabelle 1.2 Beschriebene Verfahren zur Auftragserzeugung Kapitel 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Auftragserzeugungsverfahren Grundlagen der Auftragserzeugung Bestellbestandsverfahren Kanban Korma Synchro MRP hybride Kanban-Conwip-Steuerung Fortschrittszahlensteuerung Basestock Production Authorization Cards

Bei der Auftragserzeugung wird die Kapazität der Fertigung häufig nicht oder nicht ausreichend berücksichtigt. Dies ist ein wichtiger Grund für die Kombination auftragserzeugender Verfahren mit Verfahren der Auftragsfreigabe (Teil C) und einer Rückstandsregelung (Teil E). Teil C: Auftragsfreigabe

Die Auftragsfreigabe bestimmt den Zugang zur Fertigung. Viele Auftragsfreigabeverfahren verzögern oder beschleunigen die Auftragsfreigabe mit dem Ziel einer Bestandsregelung oder eines Belastungsabgleichs. Sie werden im Wesentlichen eingesetzt, um die Belastung auf die aktuelle Bestandssituation der Fertigung abzustimmen. Die Auftragsfreigabe kann sich sowohl auf einen gesamten Auftrag als auch auf einzelne Arbeitsvorgänge eines Auftrags beziehen. Auftragsfreigabeverfahren beeinflussen den Bestand und die (bestandsbedingte) Auslastung der Fertigung sowie die Durchlaufzeiten der Aufträge. Es werden acht unterschiedliche Auftragsfreigabeverfahren erörtert (Tabelle 1.3). Diese umfassen zum Teil wiederum mehrere Verfahrensvarianten. Zu Beginn von Teil C werden die Grundlagen der Auftragsfreigabe erläutert.

14

1 Einleitung

Tabelle 1.3 Beschriebene Verfahren zur Auftragsfreigabe Kapitel 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Auftragsfreigabeverfahren Grundlagen der Auftragsfreigabe Auftragsfreigabe nach Termin Conwip Engpass-Steuerung Workload Control Belastungsorientierte Auftragsfreigabe Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung Polca Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung

Teil D: Reihenfolgebildung

Reihenfolgeregeln bestimmen die Reihenfolge, in der ein Arbeitssystem die Aufträge in der Warteschlange bearbeitet. Sie wirken vor allem auf die Termintreue der Fertigung und damit auf die Liefertreue bzw. den Servicegrad eines Unternehmens. Unter bestimmten Randbedingungen können Reihenfolgeregeln die Leistung der Fertigung erhöhen. Teil D stellt praktisch bedeutsame Reihenfolgeregeln vor, die die logistischen Zielgrößen Liefertreue, Servicegrad und Leistung beeinflussen und erläutert die Bedeutung einer hohen Reihenfolgedisziplin. Teil E: Kapazitätssteuerung

Schwerpunkt der Darstellung der Kapazitätssteuerung ist die Rückstandsregelung. Ihr Ziel ist es, einen drohenden Fertigungsrückstand zu vermeiden bzw. einen entstandenen Fertigungsrückstand durch kurzfristige Kapazitätserhöhungen möglichst schnell und kostengünstig abzubauen, um so eine hohe Termintreue auch bei Planabweichungen gewährleisten zu können. Die Möglichkeiten für eine Rückstandsregelung nehmen zu: Viele Unternehmen haben flexible Arbeitszeitmodelle mit ihren Mitarbeitern vereinbart. Sie können die Mitarbeiterkapazitäten daher über Überstunden bzw. durch ihren Abbau auch kurzfristig verändern. Bislang haben jedoch erst wenige Unternehmen in Form von definierten Entscheidungsregeln Vereinbarungen zur Festlegung von Arbeitszeiten getroffen. Auch in der Forschung gilt es dazu noch systematische Vorarbeiten zu leisten. Gleichwohl sind die möglichen Vorteile von Verfahren der Rückstandsregelung so groß, dass Teil E die vorhandenen Grundlagen zusammenfasst. Teil F: Konfiguration der Fertigungssteuerung

Jedes produzierende Unternehmen hat die Aufgabe, seine Fertigungssteuerung zu konfigurieren. Dazu muss es entscheiden, welche Verfahren der Auftragserzeugung, Auftragsfreigabe, Reihenfolgebildung und Kapazitätssteuerung es einsetzt. Teil F erläutert daher die Kriterien, die bei der Auswahl der Verfahren berücksichtigt werden sollten, und stellt exemplarisch mögliche Kombinationen vor. Beschreibung und Diskussion der Fertigungssteuerungsverfahren

Die in den Teilen B und C beschriebenen Verfahren zur Auftragserzeugung und Auftragsfreigabe bilden den Hauptbestandteil des Buches. Ihre Beschreibung folgt einem einheitlichen Grundmuster:

1.3 Aufbau des Buches

•

•

•

•

•

15

Im ersten Abschnitt eines Kapitels werden die Verfahrensregeln beschrieben und an einem Beispiel erläutert. Dieser Verfahrensbeschreibung ist vergleichsweise viel Raum gewidmet. Die Diskussion mit Studenten und Praktikern hat immer wieder gezeigt, dass eine Kurzbeschreibung der Verfahrensalgorithmen nicht ausreicht, um ein Detailverständnis des Verfahrens zu ermöglichen. Der zweite Abschnitt diskutiert die Verfahrensregeln unter logistischen Aspekten. Dabei werden sowohl die Stärken als auch die Schwächen eines Verfahrens erörtert. So ergeben sich wichtige Hinweise auf die Anwendungsvoraussetzungen des Verfahrens. Der dritte Abschnitt eines Kapitels ist der Festlegung der Verfahrensparameter gewidmet. Dieser Aspekt erfährt sowohl in der Praxis als auch von einigen Verfahrensentwicklern nur unzureichende Beachtung. Gleichwohl entscheidet die Festlegung der Verfahrensparameter über den Erfolg in der Anwendung eines Verfahrens wesentlich mit. Für die einzelnen Verfahren wird aufgezeigt, wie die Verfahrensparameter mit den logistischen Zielgrößen verknüpft sind. Dies ermöglicht es Unternehmen, die Verfahrensparameter in zwei Schritten modellbasiert festzulegen: Im ersten Schritt bestimmt das Unternehmen in einer logistischen Positionierung die Planwerte für die logistischen Zielgrößen. Dieser Schritt ist grundsätzlich für alle Fertigungssteuerungsverfahren gleich und basiert auf der im Grundlagenteil beschriebenen Modellierung der logistischen Zielgrößen. Im zweiten Schritt werden die Planwerte für die logistischen Zielgrößen in die verfahrensspezifischen Steuerungsparameter umgerechnet. Eine derartige modellbasierte Parameterfestlegung ist bislang nur für eine Minderheit der beschriebenen Verfahren veröffentlicht worden. Sie ebnet den übrigen Verfahren den Weg in die praktische Anwendung. Der vierte Abschnitt beschreibt die unternehmensübergreifende Anwendung von Fertigungssteuerungsverfahren. Dies ist vor allem für die auftragserzeugenden Verfahren relevant, die sich in ihrer Eignung für den unternehmensübergreifenden Einsatz teilweise erheblich unterscheiden. Dagegen beschränkt sich die Anwendung von Auftragsfreigabeverfahren meist auf eine einzelne Fertigung. Im fünften Abschnitt wird die Anwendung des Verfahrens beschrieben. Dieser Abschnitt unterscheidet sich erheblich bei den einzelnen Verfahren. Er ist in der Regel umso ausführlicher, je häufiger ein Verfahren in der Praxis angewendet wird. So werden etwa für die Auftragsfreigabe nach Termin und das Bestellbestandsverfahren detaillierte Fallbeispiele dargestellt. Für weniger oft eingesetzte Verfahren beschränkt sich der Abschnitt – falls überhaupt vorhanden – auf in der Literatur aufgeführte Beispiele und Anwendungsvoraussetzungen. Einen direkten Unternehmensbezug haben außerdem die in Kapitel 27 beschriebenen Konfigurationsbeispiele der Fertigungssteuerung.

Um logistische Ziele erreichen zu können, ist ein Grundverständnis der Fertigungssteuerung unerlässlich. Ausgangspunkt der Überlegungen sind im nächsten Kapitel die logistischen Zielgrößen.

Teil A

Grundlagen der Fertigungssteuerung

2 Logistische Zielgrößen .................................................................................... 19 3 Modellierung der logistischen Zielgrößen....................................................... 39 4 Aufgaben der Produktionsplanung .................................................................. 81 5 Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale....................................................... 95 6 Supply Chain Management (SCM) ............................................................... 107

2 Logistische Zielgrößen

Die hohe Bedeutung der Fertigungssteuerung beruht auf der strategischen Wichtigkeit der logistischen Zielgrößen, die sie beeinflusst. Wiendahl differenziert diese Zielgrößen nach ihrem Einfluss auf die Logistikleistung und die Logistikkosten (vgl. Bild 2.1 und [Wien-97b]). Logistikleistung

Logistikkosten

Auftragsfertigung Lieferzeit

extern

Lieferterminabweichung Liefertreue

Preis

Lagerfertigung

intern

Servicegrad

Durchlaufzeit

Bestand

Terminabweichung

Auslastung

Termintreue

Verzugskosten

IFA 10.650

Bild 2.1

Zielgrößen der Logistikleistung und der Logistikkosten

Die Logistikleistung (Abschn. 2.1) setzt sich gegenüber dem Kunden aus den Zielgrößen Lieferzeit, Lieferterminabweichung und Liefertreue (bei Auftragsfertigung) bzw. Servicegrad (bei Lagerfertigung) zusammen. Aus diesen externen Zielgrößen leiten sich die in der Fertigung messbaren internen Zielgrößen Durchlaufzeit, Terminabweichung und Termintreue ab. Die externen Zielgrößen der Logistikleistung sind danach differenziert, ob die Aufträge aufgrund eines speziellen Kundenauftrags ausgelöst werden (Auftragsfertigung) oder zur Auffüllung eines Lagers dienen (Lagerfertigung). Diese Differenzierung ist in der Praxis und der Theorie üblich. Der Servicegrad kann aber auch als Sonderfall der Liefertreue interpretiert werden, bei dem die Plan-Lieferzeit (ab Lager) definitionsgemäß null ist (sofortige Lieferung, vgl. dazu [Wien-02]). Die Zielgrößen der Logistikkosten (Abschn. 2.2) sind unabhängig von der Art der Auftragsauslösung. Die internen Logistikkosten werden durch Bestand, Aus-

20

2 Logistische Zielgrößen

lastung und Verzugskosten bestimmt. Sie tragen zu den Herstellungskosten bei und werden als solche in der Regel bei der Preisbildung berücksichtigt. Sie wirken dann auch auf den Kunden.

2.1 Logistikleistung Die Logistikleistung gliedert sich in die externen logistischen Zielgrößen Lieferzeit (Abschn. 2.1.1), Liefertreue (Abschn. 2.1.2) und Servicegrad (Abschn. 2.1.3) sowie in die internen Zielgrößen Durchlaufzeit (Abschn. 2.1.4), Terminabweichung und Termintreue (Abschn. 2.1.5). Die Zielgrößen werden jeweils definiert und mit Blick auf ihre Bedeutung und auf Wechselwirkungen mit anderen Zielgrößen erläutert. 2.1.1 Lieferzeit Die Lieferzeit ist definiert als die Zeitdauer zwischen dem Auftragseingang und der Auslieferung des Auftrags [Wien-97b]. Sie wird meist in der Einheit Betriebskalender- bzw. Arbeitstag gemessen. Die Länge der Lieferzeit hängt wesentlich von der Bevorratungsstrategie ab (vgl. Bild 2.2):

IFA G0268Wd

Bild 2.2

Bevorratungsstrategien (Eidenmüller, zitiert nach Wiendahl)

In einer Lagerfertigung ergibt sich die Lieferzeit ausschließlich aus dem Versand der Ware. Zu dieser Versandzeit kommen bei der auftragsbezogenen Montage bzw. Produktion die Zeitanteile für die Montage bzw. für Montage und Fertigung hinzu. Ist eine auftragsbezogene Beschaffung notwendig, geht auch die Beschaffungszeit in die Lieferzeit ein. Das Unternehmen kann die Lieferzeit dann nicht mehr allein beeinflussen.

2.1 Logistikleistung

21

Die strategische Bedeutung der Lieferzeit für den wirtschaftlichen Erfolg ist weitgehend unbestritten. Empirische Studien zeigen, dass Unternehmen mit kurzen Lieferzeiten schneller wachsen und zudem höhere Gewinne erzielen als Unternehmen mit langen Lieferzeiten: •

•

Stalk und Hout stellen die Regel auf, dass Unternehmen mit erheblich kürzeren Lieferzeiten als der Wettbewerb etwa dreimal schneller wachsen als der Markt und eine doppelt so hohe Rendite erzielen. Sie führen dazu Beispiele aus verschiedenen Branchen auf [Stal-90]. Ein Autorenteam um Rommel analysiert Produktivität, Produktnutzen und Geschwindigkeit von erfolgreichen und weniger erfolgreichen Unternehmen. Die erfolgreichen Unternehmen fertigen ein Produkt in der Hälfte der Zeit, die ihre weniger erfolgreichen Wettbewerber benötigen [Romm-93]. Die Autoren verwenden als Messgröße die Fertigungsdurchlaufzeit, die bei einer Auftragsfertigung eine Untergrenze für die Lieferzeit bildet.

Es stellt sich unmittelbar die Frage, warum kurzen Lieferzeiten eine derart hohe Bedeutung zukommt. Offenbar messen Kunden der Lieferzeit eines Produkts einen Nutzen bei, der umso höher ist, je kürzer die Lieferzeit ist. Damit wird die Lieferzeit wie der Preis und die Qualität eines Produkts bei der Kaufentscheidung berücksichtigt. Stimmen Preis und Qualität zweier Angebote überein, entscheidet die kürzere Lieferzeit über den Kauf. Ist ein Angebot nicht bezüglich aller drei Nutzenfaktoren überlegen, ist der Kunde gezwungen, die Faktoren gegeneinander abzuwägen (sog. Trade-off). Einen derartigen Trade-off zwischen Lieferzeit und Preis erfordern insbesondere auch lieferantenabhängige Preisaufschläge für kurze Lieferzeiten. Diese können in Form von PreisLieferzeit-Relationen dargestellt werden (vgl. Bild 2.3).

IFA G6510C

Bild 2.3

Preis-Lieferzeit-Relation eines Unternehmens der Leiterplattenindustrie

22

2 Logistische Zielgrößen

Das Beispiel zeigt die im Internet veröffentlichte Preisgestaltung eines deutschen Herstellers für Leiterplatten (www.andus.de, November 2003). Dieser berechnet seit Jahrzehnten für Standardleiterplatten (Bilayer) Preisaufschläge von bis zu 150% für besonders kurze Lieferzeiten. Den Ausgangspunkt für die Preisberechnung bildet der Grundpreis einer Leiterplatte bei der Standardlieferzeit von 15 BKT. Der höchste Preisaufschlag wird für die minimale Lieferzeit von zwei Betriebskalendertagen berechnet. Der Hersteller differenziert die Preisgestaltung nach der Leiterplattentechnologie (Bilayer, Multilayer, Starrflex-Leiterplatten). In ähnlicher Form gestalten viele Leiterplattenhersteller ihr Preisgefüge. Stalk und Hout führen weitere Beispiele für Preis-Lieferzeit-Relationen in anderen Branchen auf [Stal-90]. Ähnlich wie zwischen Lieferzeit und Preis wägt der Kunde auch zwischen Lieferzeit und Qualität ab. Dies ist etwa dann der Fall, wenn der Kunde ein qualitativ minderwertiges Produkt akzeptiert, weil das höherwertige Produkt nicht (bzw. nicht rechtzeitig) verfügbar ist. Ein anschauliches Beispiel hierfür ist der Gast einer Kantine, der das Gericht mit der geringsten Wartezeit einem schmackhafteren Gericht vorzieht. Als „Quick-and-dirty“-Lösung hat die Akzeptanz einer qualitativ minderwertigeren Lösung aufgrund ihrer schnelleren Verfügbarkeit sogar Einzug in den (englischen) Sprachgebrauch gefunden. Für die Honorierung kurzer Lieferzeiten gibt es neben einem eher subjektiven Nutzenempfinden auch ökonomische Gründe: 1. Folgekosten langer Lieferzeiten: Wenn aus langen Lieferzeiten hohe Folgekosten entstehen, rechtfertigt dies die Akzeptanz von Preisaufschlägen. Beispiele hierfür sind ein drohender Bandstillstand wegen fehlender Materialverfügbarkeit in der Automobilindustrie, der Verzug aufwändiger Montagegruppen im Anlagenbau oder Konventionalstrafen, die durch eine schnelle Lieferung von Beschaffungsteilen vermieden werden können. Die meisten der folgenden Gründe können auf den Grundfall der Folgekosten langer Lieferzeiten zurückgeführt werden. Die Gründe zwei bis fünf betreffen den Fall, dass der Kunde die bestellte Ware zunächst einem Lager zuführt, aus dem dann kleinere Mengen abgerufen werden. Typische Beispiele hierfür sind produzierende Unternehmen, die bestimmte Teile auf Lager beschaffen, um die eigene Lieferzeit zu begrenzen, und der Handel. Der sechste Grund gilt ausschließlich für die auftragsbezogene Beschaffung. 2. Bestandskosten: Bei langen Lieferzeiten sind grundsätzlich höhere Lagerbestände beim Abnehmer erforderlich, um die Verfügbarkeit eines Produkts zu gewährleisten, als bei kurzen Lieferzeiten (vgl. dazu Abschn. 3.1.3). Entsprechend sind die Kapitalbindungskosten bei langen Lieferzeiten höher als bei kurzen Lieferzeiten [Nyhu-99]. 3. Bestandsrisiko: Fällt die Nachfrage nach einem Produkt geringer aus als erwartet, muss der nicht benötigte Bestand entweder mit Preisnachlässen verkauft oder ggf. sogar vollständig abgeschrieben werden. Dieses Risiko ist bei den hohen Lagerbeständen, die bei langen Lieferzeiten erforderlich sind, höher als bei niedrigen Lagerbeständen.

2.1 Logistikleistung

23

4. Reaktionsfähigkeit: Fällt die Nachfrage nach einem Produkt höher aus als erwartet, kann es bei kurzen Lieferzeiten schneller nachbestellt werden. Dies ermöglicht es, die nicht prognostizierte Marktchance trotz niedriger Bestände zu nutzen. Ist die Konkurrenz auf längere Lieferzeiten angewiesen, kann ggf. sogar ein (zeitlich befristetes) Monopol erreicht werden. Ein Unternehmen kann dies dazu nutzen, um die Nachfrage abzuschöpfen und um attraktive Preise zu erzielen. Die Lieferzeit für ein Produkt bestimmt den erforderlichen Prognosezeitraum. Da die Genauigkeit einer Prognose mit der Länge des Prognosezeitraums abnimmt, ist das Prognoserisiko bei kurzen Lieferzeiten geringer [Stal-90]. Die Gründe drei und vier beschreiben das Risiko, den Bedarf im Prognosezeitraum zu über- bzw. zu unterschätzen. Aus diesen Gründen lässt sich die generelle Aussage ableiten, dass ein Markt mit unsicherer Nachfrage bei kurzen Lieferzeiten schneller, aber auch kostengünstiger bedient werden kann als bei langen Lieferzeiten. 5. Variantenvielfalt: Weil bei kurzen Lieferzeiten ein niedriger Bestand je Produkt ausreicht, um dessen Verfügbarkeit zu sichern, kann mit gleichem Kapitaleinsatz eine höhere Variantenvielfalt vorgehalten werden als bei langen Lieferzeiten. Dies ermöglicht eine differenziertere Deckung der Marktnachfrage. 6. Lieferzeit: Bei auftragsbezogener Beschaffung verringern kurze Lieferzeiten des Lieferanten die Lieferzeit des Unternehmens gegenüber dessen Kunden. Dies erhöht die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens. Die genannten Gründe betreffen den ökonomischen Nutzen kurzer Lieferzeiten für den Nachfrager einer Leistung. Entsprechend gibt es Gründe dafür, dass der Anbieter für kurze Lieferzeiten besonders hohe Preise fordern kann. 1. Anzahl Wettbewerber: Die Zahl der Anbieter einer Leistung wird mit kürzeren Lieferzeiten geringer. Dadurch nimmt die Intensität des Wettbewerbs ab, und die verbleibenden Anbieter können höhere Preise durchsetzen. Im Extremfall erreicht ein Anbieter eine Monopolstellung und damit sehr weitreichende Freiheiten in der Preisgestaltung. Entsprechend ist für die Bewertung der Lieferzeiten immer der Vergleich zum üblichen Marktstandard maßgebend. 2. Auslastungsverluste: Es gibt zwei wesentliche Gründe für erhöhte Auslastungsverluste bei kurzen Lieferzeiten: Zum einen kann ein Unternehmen bewusst Auslastungsverluste in Kauf nehmen, um kurze Durchlaufzeiten in der Fertigung zu erzielen. Dies ermöglicht bei einer Auftragsfertigung kurze Lieferzeiten, ist aber mit höheren Kosten verbunden (vgl. dazu Abschn. 2.2.2). Zum anderen kann ein Unternehmen Kapazitätsreserven vorhalten, um auch bei einer erhöhten Nachfrage kurze Lieferzeiten gewährleisten zu können. Hieraus resultieren bei normaler oder niedriger Nachfrage ebenfalls Auslastungsverluste. 3. Administrationskosten: Der administrative Aufwand für Eilaufträge ist häufig höher als für Normalaufträge. Dies gilt insbesondere, wenn sie nicht mit den Standardprozessen verwaltet werden.

24

2 Logistische Zielgrößen

4. Verzugskosten für Normalaufträge: Wird die Abfertigung von Normalaufträgen zugunsten von Eilaufträgen zurückgestellt, verzögert sich die Fertigstellung der Normalaufträge. Dadurch können Verzugskosten entstehen. 5. Rüstkosten: Eilaufträge führen in zwei Fällen zu erhöhten Rüstkosten. Zum einen, wenn der Eilauftrag selbst geteilt wird, um eine parallele Bearbeitung auf mehreren gleichartigen Maschinen durchzuführen (Auftragssplitting). Zum anderen, wenn ein Unternehmen die Bearbeitung anderer Aufträge unterbricht, um den Eilauftrag bevorzugt abzuarbeiten. 6. Distributionskosten: Eilaufträge werden häufig als Expresssendungen ausgeliefert. Dies verursacht zusätzliche Transportkosten. 7. Beschaffungskosten: Bei einer auftragsbezogenen Beschaffung zahlt ein Anbieter häufig selbst Eilzuschläge, um eine besonders kurze Beschaffungszeit zu erreichen. Die in den Punkten 2 bis 7 genannten Kosten für kurze Lieferzeiten schmälern die Vorteile kurzer Lieferzeiten und können sie sogar übertreffen. Ziel muss es daher sein, möglichst viele dieser Kosten zu vermeiden und kurze Lieferzeiten zu geringen Kosten zu erzielen. 2.1.2 Lieferterminabweichung und Liefertreue Die Lieferterminabweichung bezeichnet die Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem geplanten Liefertermin:

LTA = TLIst − TLPlan mit

LTA TLIst TLPlan

(2.1)

Lieferterminabweichung [BKT] Ist-Liefertermin [BKT] Plan-Liefertermin [BKT]

Entsprechend dieser Definition beschreibt eine positive Lieferterminabweichung eine verspätete Lieferung, eine negative Lieferterminabweichung eine verfrühte Lieferung. Die Lieferterminabweichung kann auch gegenüber dem Soll-Liefertermin oder dem Wunschliefertermin gemessen werden [Wien-02]. Der Wunschliefertermin ist der vom Kunden ursprünglich gewünschte Liefertermin. Dagegen bezeichnet der Soll-Liefertermin den gegenüber dem Kunden zugesagten Liefertermin und der Plan-Liefertermin den in der Produktionsplanung festgelegten Liefertermin. Letzterer gilt als Maßstab für die Fertigungstermintreue. Im Folgenden wird vereinfachend davon ausgegangen, dass Plan- und Soll-Liefertermin übereinstimmen. Die Liefertreue bezeichnet den prozentualen Anteil der innerhalb einer definierten Liefertermintoleranz gelieferten Aufträge (vgl. Bild 2.4 a).

LT = mit

AnzAuf mit LTAUG ≤ LTA ≤ LTAOG ⋅ 100 AnzAuf

LT LTAUG

Liefertreue [%] Untergrenze für die zulässige Lieferterminabweichung [BKT]

(2.2)

2.1 Logistikleistung

LTA LTAOG AnzAuf

25

Lieferterminabweichung [BKT] Obergrenze für die zulässige Lieferterminabweichung [BKT] Anzahl Aufträge [-]

Die Liefertreue wird stets für einen definierten Bezugszeitraum gemessen. Dabei können die Beträge der Unter- und Obergrenze für die Terminabweichung voneinander abweichen. Zwei wichtige Sonderfälle der Liefertreue sind die Liefertermineinhaltung und der Lieferbereitschaftsgrad. Die Liefertermineinhaltung ist definiert als prozentualer Anteil pünktlich oder verfrüht ausgelieferter Aufträge eines Bezugszeitraums (vgl. Bild 2.4 b):

LTE = mit

AnzAuf mit LTA ≤ 0 ⋅ 100 AnzAuf

LTE AnzAuf LTA

(2.3)

Liefertermineinhaltung [%] Anzahl Aufträge [-] Lieferterminabweichung [BKT]

Die Liefertermineinhaltung beschreibt damit den Anteil der Aufträge, über die der Kunde zum geplanten Liefertermin verfügen kann.

IFA 10.686m

Bild 2.4

Definition von Liefertreue, Liefertermineinhaltung und Lieferbereitschaftsgrad

Schönsleben definiert mit dem Lieferbereitschaftsgrad einen Sonderfall der Liefertreue, in dem die Aufträge nur zum Plan-Liefertermin ausgeliefert werden dürfen [Schö-02] (vgl. Bild 2.4 c).

LBG = mit

AnzAuf mit LTA = 0 ⋅ 100 AnzAuf

LBG AnzAuf

Lieferbereitschaftsgrad [%] Anzahl Aufträge [-]

(2.4)

26

2 Logistische Zielgrößen

LTA

Lieferterminabweichung [BKT]

Ähnlich wie die Lieferzeit ist auch die Liefertreue von strategischer Bedeutung für den Unternehmenserfolg. Die Unternehmensberatung Deloitte & Touche befragte 900 Führungskräfte aus 35 Ländern, welches die bestimmenden Wettbewerbsfaktoren im 21. Jahrhundert seien. In der Umfrage maßen die Führungskräfte der Liefertreue die höchste Bedeutung zu, noch vor Faktoren wie Qualität, Technologie und Preis. Gleichzeitig bescheinigten die Führungskräfte ihren Unternehmen ein besonders hohes Verbesserungspotenzial bei der Liefertreue [Delo98]. Die Aussagekraft derartiger Umfragen kann sicher kontrovers diskutiert werden. Für eine hohe Bedeutung der Liefertreue gibt es jedoch Gründe: 1. Vertrauensverhältnis zum Kunden: Ein zugesagter, aber nicht eingehaltener Liefertermin begründet Zweifel an der Zuverlässigkeit des Lieferanten und berührt damit das Vertrauensverhältnis zum Kunden. Im schlimmsten Fall nimmt der Kunde eine verspätete Lieferung zum Anlass, nach einem zuverlässigeren Lieferanten Ausschau zu halten. Umgekehrt fördert eine hohe Liefertreue eine hohe Kundenbindung. Sind die Wettbewerber unzuverlässiger, erhält der Kunde einen Anreiz, einen höheren Anteil seines Einkaufsvolumens mit dem Unternehmen abzuwickeln. Eine hohe Liefertreue wirkt sich damit positiv auf Gewinn und Wachstum eines Unternehmens aus. Wie bei den Lieferzeiten ist der Vergleich zum Wettbewerb entscheidend für die Bewertung der Liefertreue. 2. Folgekosten verspäteter Lieferung: Eine verspätete Lieferung kann Auslastungsverluste oder gar den Stillstand eines Montagebandes beim Kunden verursachen. Der hieraus resultierende Schaden kann den Produktwert sehr leicht um ein Vielfaches überschreiten. Moderne Produktionskonzepte wie Just-in-timeManagement oder Supply Chain Management zielen darauf ab, die Bestände zwischen den Unternehmen der Lieferkette drastisch zu reduzieren. Sie sind daher besonders anfällig gegenüber verspäteten Lieferungen. Entsprechend eignen sich nur solche Lieferanten für diese Produktionskonzepte, die eine hohe Liefertreue gewährleisten können. 3. Lieferzeit: Insbesondere bei einer auftragsbezogenen Beschaffung wird der Kunde bei einem Lieferanten mit einer niedrigen Liefertreue eine zusätzliche Sicherheitslieferzeit einplanen. Dadurch wird die vom Kunden wahrgenommene Lieferzeit länger. Dies führt zu den im vorigen Abschnitt beschriebenen Nachteilen langer Lieferzeiten. Wenn die Lieferterminabweichung streut, entsteht ein Zielkonflikt zwischen Lieferzeit und Liefertreue. Eine kurze Lieferzeit ist dann mit einer niedrigen Liefertreue verbunden und umgekehrt. Bei einer gegebenen Streuung muss sich ein Unternehmen in diesem Zielkonflikt positionieren (vgl. dazu Abschn. 3.1.2). 4. Sicherheitsbestand: Bei einer Beschaffung auf Lager schützt sich der Kunde durch einen Sicherheitsbestand gegen Verzögerungen in der Zulieferung. Der erforderliche Sicherheitsbestand ist umso höher, je niedriger die Liefertreue ist (vgl. dazu Abschn. 3.1.3).

2.1 Logistikleistung

27

5. Einfluss auf die Liefertreue des Kunden: In Lieferketten kann eine verspätete Lieferung eines Beschaffungsteils die Erfüllung des Liefertermins des Kunden gefährden. Kann der Kunde aufgrund fehlenden Materials nicht pünktlich liefern, hat dies die beschriebenen Nachteile zur Folge. Die genannten Gründe betreffen den ökonomischen Nutzen einer hohen Liefertreue für den Nachfrager einer Leistung. Wie bei der Lieferzeit gibt es auch Gründe dafür, dass der Anbieter für eine hohe Liefertreue besonders hohe Preise fordert. 1. Anzahl Wettbewerber: Die Zahl der möglichen Anbieter einer Leistung nimmt mit der Höhe der geforderten Liefertreue ab. Dies verbessert die Verhandlungsposition des Anbieters. 2. Rüstkosten: In vielen Unternehmen werden die Aufträge so abgearbeitet, dass möglichst wenige Rüstvorgänge erforderlich sind. Dieses Vorgehen erfordert entsprechend große Bestände und verursacht Reihenfolgevertauschungen der Aufträge, die sich negativ auf die Liefertreue auswirken. Verzichtet ein Unternehmen auf eine derartige Rüstzeitoptimierung und arbeitet die Aufträge in der Reihenfolge ihrer Dringlichkeit ab, dann erfordert dies zusätzliche Rüstvorgänge. 3. Distributionskosten: Verspätet fertig gestellte Aufträge werden häufig als Expresssendungen ausgeliefert, um so eine verspätete Lieferung zu vermeiden oder zumindest die Verspätung zu reduzieren. Die hierdurch verursachten Sonderkosten können meist nicht an den Kunden weitergegeben werden. 4. Lieferzeit und Bestandskosten: Viele Unternehmen rechnen eine Sicherheitslieferzeit ein, damit eine verspätete Fertigstellung eines Auftrags nicht unmittelbar zu einer verspäteten Lieferung führt. Ein derartiges Vorgehen erhöht die Lieferzeit des Unternehmens und verursacht zudem zusätzliche Fertigwarenbestände (vgl. dazu Abschn. 3.1.2). Die in den Punkten 2 bis 4 genannten Kosten für eine hohe Liefertreue schmälern jedoch ihre Vorteile und können sie sogar übertreffen. Ziel muss es daher sein, möglichst viele dieser Kosten zu vermeiden. 2.1.3 Servicegrad Die wichtigste externe logistische Zielgröße in der Lagerfertigung ist der Servicegrad. Dieser ist als prozentualer Anteil der sofort befriedigten Anfragen an allen Anfragen in einem Bezugszeitraum definiert (vgl. dazu [Wien-97b]).

SG = mit

AnzNFsofort AnzNF

SG AnzNFsofort AnzNF

⋅ 100 Servicegrad [%] Anzahl sofort befriedigter Nachfragen [-] Anzahl Nachfragen [-]

(2.5)

28

2 Logistische Zielgrößen

Alternativ kann der gewichtete Servicegrad berechnet werden. Er verwendet als Bezugsgröße nicht die Nachfragen, sondern die nachgefragten Mengeneinheiten. Er gewichtet damit große Nachfragen stärker als Nachfragen über kleine Liefermengen. Der gewichtete Servicegrad berechnet sich zu [Lutz-01]:

SGg = mit

AnzME sofort AnzME

SGg AnzMEsofort AnzME

⋅ 100

(2.6)

gewichteter Servicegrad [%] Anzahl sofort gelieferter Mengeneinheiten [-] Anzahl nachgefragter Mengeneinheiten [-]

Bei Nichtverfügbarkeit eines Produkts besteht unmittelbar die Gefahr, den Auftrag zu verlieren. Häufig kann ein Kunde auf einen Wettbewerber zurückgreifen, falls ein Produkt nicht direkt verfügbar ist. Dies ist für das Unternehmen mit einem Umsatzverlust verbunden. Daher wirkt der Servicegrad wesentlich direkter auf Umsatzwachstum und Gewinn als etwa die Liefertreue in der Auftragsfertigung. Natürlich geht ein Auftrag nicht zwangsläufig verloren, wenn ein Unternehmen ein nachgefragtes Produkt nicht direkt aus dem Lagerbestand liefern kann. Selbst wenn das Produkt zu einem späteren Zeitpunkt geliefert werden darf, sind damit jedoch die bei der Liefertreue geschilderten negativen Auswirkungen verbunden. Es drohen Vertrauensverluste, eine nachlassende Kundenbindung und im schlimmsten Fall der Verlust des Lieferantenstatus. Der Kunde wird der Gefahr von Auslastungsverlusten und des Lieferverzugs gegenüber eigenen Kunden ausgesetzt. Bestandskosten und Auslastungsverluste sind die beiden wesentlichen Gründe dafür, warum einem Anbieter für einen hohen Servicegrad höhere Kosten entstehen können: 1. Bestandskosten: Es existiert ein Zielkonflikt zwischen dem Servicegrad und dem Lagerbestand für ein Produkt. Der Servicegrad ist umso höher, je höher der Lagerbestand ist. Hält ein Anbieter einen besonders hohen Sicherheitsbestand vor, um einen hohen Servicegrad zu gewährleisten, entstehen ihm erhöhte Bestandskosten. 2. Auslastungsverluste: Anders als in der Auftragsfertigung können die Liefertermine in einer Lagerfertigung in Zeiten einer höheren Nachfrage nicht verschoben werden. Hält ein Unternehmen daher Kapazitätsreserven vor, um den Servicegrad auch bei einer besonders hohen Nachfrage gewährleisten zu können, dann resultieren in Zeiten normaler und niedriger Nachfrage Auslastungsverluste. Viele Unternehmen können den Servicegrad nicht exakt messen, weil sie die nicht erfüllten Nachfragen gar nicht erfassen. Berechnen sie den Servicegrad stattdessen als Verhältnis der sofort erfüllten Anfragen zur Anzahl aller (sofort oder verspätet) erfüllten Nachfragen, weisen sie einen unrealistisch hohen Servicegrad aus.

2.1 Logistikleistung

29

2.1.4 Durchlaufzeit Die Durchlaufzeit eines (Fertigungs-)Auftrags ist definiert als die Zeitdauer zwischen der Auftragsfreigabe und dem Bearbeitungsende eines Auftrags [Wien97b]. Dabei wird häufig vereinfachend eine tagesgenaue Planung bzw. Rückmeldung angenommen.

ZDA = TAE − TAB mit

ZDA TAE TAB

(2.7)

Auftragsdurchlaufzeit [BKT] Bearbeitungsende Auftrag [BKT] Bearbeitungsanfang Auftrag (Auftragseinstoß) [BKT]

In der Auftragsfertigung resultiert die Bedeutung der Durchlaufzeit aus ihrem Einfluss auf die Lieferzeit. Sie bildet die Untergrenze für die Lieferzeit eines Auftrags. Ggf. sind für die Berechnung der möglichen Lieferzeit zusätzliche Zeitanteile zu berücksichtigen, z. B. für die Beschaffung erforderlicher Rohmaterialien und den Versand. Die Streuung der Durchlaufzeit beeinflusst ferner die Termin- und Liefertreue. Ändert der Kunde die Auftragsspezifikation noch nach der Auftragsvergabe, bieten kurze Durchlaufzeiten einen weiteren Vorteil. Bei gegebenem Liefertermin kann der Auftrag später für die Fertigung freigegeben werden als bei langen Durchlaufzeiten. Im letzten Fall ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass Änderungswünsche des Kunden eintreffen, bevor der Auftrag freigegeben wird. In der Lagerfertigung sinkt der Servicegrad mit der Länge und der Streuung der Durchlaufzeiten, bzw. nimmt der zur Sicherung des Servicegrads erforderliche Sicherheitsbestand zu (vgl. dazu Abschn. 3.1.3). Vor allem bei empfindlichen Produkten besteht ein Zusammenhang zwischen dem produzierten Ausschuss und der Durchlaufzeit. In der Elektronikindustrie können beispielsweise Staubpartikel zu Fehlfunktionen bei Bauteilen führen. Die Durchlaufzeit bestimmt, wie lange die Bauteile den Staubpartikeln in ungeschütztem Zustand ausgesetzt sind. Entsprechend nimmt der Ausschuss mit der Durchlaufzeit zu. 2.1.5 Terminabweichung und Termintreue Die Terminabweichung beschreibt die Abweichung des tatsächlichen vom geplanten Auftragsdurchlauf. Sie kann im Abgang, im Zugang und gegenüber der PlanDurchlaufzeit eines Auftrags gemessen werden (vgl. Bild 2.5). Die Abgangsterminabweichung drückt aus, um welche Zeitdauer ein Auftrag gegenüber dem Plan-Fertigstellungstermin verspätet fertig gestellt wird [Domb88].

TAA = TAEIst − TAEPlan mit

TAA TAEIst TAEPlan

Abgangsterminabweichung [BKT] Ist-Bearbeitungsende Auftrag [BKT] Plan-Bearbeitungsende Auftrag [BKT]

(2.8)

30

2 Logistische Zielgrößen

IFA D4493b

Bild 2.5

Definition der Terminabweichungsgrößen (Dombrowski)

Ein positiver Wert bedeutet eine verspätete, ein negativer Wert eine verfrühte Fertigstellung. Die Abgangsterminabweichung wirkt direkt auf die Lieferterminabweichung und damit auf die Liefertreue. Dies erklärt ihre hohe Bedeutung als interne Zielgröße. Die Zugangsterminabweichung ist ein Maß dafür, um wie viele Tage ein Auftrag gegenüber dem Plan-Starttermin verspätet (TAZ > 0) bzw. vorzeitig (TAZ < 0) freigegeben wird [Domb-88].

TAZ = TABIst − TABPlan mit

TAZ TABIst TABPlan

(2.9)

Zugangsterminabweichung [BKT] Ist-Bearbeitungsanfang Auftrag (Auftragseinstoß) [BKT] Plan-Bearbeitungsanfang Auftrag (Auftragseinstoß) [BKT]

Diese Kennzahl dient vornehmlich Analysezwecken, insbesondere, um die Auftragsfreigabe zu beurteilen. Ein verspäteter Auftragsstart (TAZ > 0) führt häufig zu einer verspäteten Fertigstellung des Auftrags. Die relative Terminabweichung beschreibt, um welche Zeitdauer der Durchlauf eines Auftrags durch die Fertigung gegenüber der Plan-Durchlaufzeit verzögert (TAR > 0) bzw. beschleunigt (TAR < 0) wird. Sie berechnet sich zu [Domb-88]:

TAR = ZDAIst − ZDAPlan = TAA − TAZ mit

TAR ZDAIst ZDAPlan TAA TAZ

relative Terminabweichung [BKT] Ist-Durchlaufzeit Auftrag [BKT] Plan-Durchlaufzeit Auftrag [BKT] Abgangsterminabweichung [BKT] Zugangsterminabweichung [BKT]

(2.10)

2.1 Logistikleistung

31

Auch diese Kennzahl wird primär zu Analysezwecken erhoben. Sie ermöglicht es, die Durchlaufzeit eines Auftrags durch die Fertigung zu bewerten. Braucht der Durchlauf eines Auftrags länger als geplant (TAR > 0), wird der Auftrag häufig auch zu spät fertig gestellt. Die Terminabweichung kann für einen einzelnen Auftrag bestimmt werden. Dagegen ist die Termintreue ein Maß zur Beurteilung der Gesamtheit aller Aufträge eines Zeitraums. Sie kann wie die Terminabweichung im Abgang, im Zugang und als relatives Maß berechnet werden. Die Abgangstermintreue (im Folgenden: Termintreue) ist mit Abstand die wichtigste dieser Kenngrößen. Sie ist definiert als prozentualer Anteil der innerhalb einer gegebenen Termintoleranz fertig gestellten Aufträge [Yu-01]. Man kann sie als logistische Prozess-Sicherheit deuten [Wien-03].

TT = mit

AnzAuf mit TAAUG ≤ TAA ≤ TAAOG ⋅ 100 AnzAuf

TT AnzAuf TAAUG TAA TAAOG

(2.11)

Termintreue [%] Anzahl Aufträge [-] Untergrenze für die zulässige Abgangsterminabweichung [BKT] Abgangsterminabweichung [BKT] Obergrenze für die zulässige Abgangsterminabweichung [BKT]

Die Termintreue wirkt, ggf. gedämpft durch einen Lieferzeitpuffer, direkt auf die Liefertreue und ist daher eine sehr wichtige Zielgröße. Sie selbst wird vom Mittelwert und von der Streuung der Abgangsterminabweichung beeinflusst. Die Definition nach Gl. 2.11 kann analog zur Terminabweichung auf die Zugangstermintreue und die relative Termintreue übertragen werden. Diese Kenngrößen dienen wiederum vornehmlich Analysezwecken. Bei gleichen Termintoleranzen im Zugang und im Abgang ist insbesondere der Vergleich der beiden Werte für die Termintreue aufschlussreich: Ist die Termintreue im Zugang höher als im Abgang, verschlechtert sich die Termintreue während des Auftragsdurchlaufs. Im umgekehrten Fall wirkt die Fertigung positiv auf die Termintreue ein. Dieser Vergleich ist allerdings nur dann sinnvoll, wenn die Mittelwerte der Zugangs- und der Abgangsterminabweichung annähernd übereinstimmen und nicht übermäßig von null verschieden sind. Eine bedeutende Zielgröße, die gleichwohl nur in einer Minderheit der Betriebe gemessen wird, ist die Plan-Wunschliefertreue. Sie bezeichnet den Anteil der Aufträge, für die das Unternehmen den vom Kunden gewünschten Liefertermin zusagt. Sie wird – nach einem Vorschlag von Wiendahl – auch als logistische Prozessfähigkeit bezeichnet. Die Zielgröße deckt Unterschiede zwischen den vom Kunden gewünschten Wunsch-Terminen und den vom Unternehmen zugesagten Soll- bzw. Plan-Terminen auf. Sie berechnet sich zu:

LTWPlan = mit

AnzAuf mit ZLPlan = ZLWunsch ⋅ 100 AnzAuf

LTWPlan

Plan-Wunschliefertreue [%]

(2.12)

32

2 Logistische Zielgrößen

AnzAuf ZLPlan ZLWunsch

Anzahl Aufträge [-] Plan-Lieferzeit [BKT] Wunsch-Lieferzeit [BKT]

Es gibt zwei wesentliche Gründe, warum ein Unternehmen einen gewünschten Liefertermin nicht zusagen kann. Im ersten Fall ist das Unternehmen grundsätzlich nicht in der Lage, die gewünschte Lieferzeit zu erreichen. Ein üblicher Grund hierfür wäre eine Fertigungsdurchlaufzeit, die die gewünschte Lieferzeit überschreitet. Im zweiten Fall ist es dem Unternehmen augenblicklich nicht möglich, den gewünschten Liefertermin zu bestätigen. Zwar würde die Fertigungsdurchlaufzeit grundsätzlich ausreichen, um die gewünschte Lieferzeit zu erfüllen. Es sind aber keine Kapazitäten mehr verfügbar, um den Auftrag rechtzeitig einzuplanen. Im ersten Fall liegt der Schlüssel zur Erhöhung der Wunschliefertreue in einer Verkürzung der Durchlaufzeiten. Im zweiten Fall muss das Unternehmen seine Kapazitäten bzw. die Kapazitätsflexibilität erhöhen, um eine höhere Wunschliefertreue zu erreichen. Analog zur geplanten Wunschliefertreue kann die (tatsächliche) IstWunschliefertreue berechnet werden:

LTWIst = mit

AnzAuf mit ZLIst = ZLWunsch ⋅ 100 AnzAuf

LTWIst AnzAuf ZLIst ZLWunsch

(2.13)

Ist-Wunschliefertreue [%] Anzahl Aufträge [-] Ist-Lieferzeit [BKT] Wunsch-Lieferzeit [BKT]

2.2 Logistikkosten Wie die Logistikleistung beeinflussen auch die Logistikkosten die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens. Je niedriger die Logistikkosten sind, desto geringer ist der Preis, bei dem ein Unternehmen noch einen Gewinn erzielt. Bei gegebenem Preis steigt der Gewinn mit sinkenden Logistikkosten. Im Folgenden werden die logistischen Zielgrößen Bestand (Abschn. 2.2.1), Auslastung bzw. Leistung (Abschn. 2.2.2) und Verzugskosten (Abschn. 2.2.3) erläutert. 2.2.1 Bestand Grundsätzlich kann zwischen Lager- und Fertigungsbestand unterschieden werden. Der Lagerbestand umfasst Rohmaterial, Halbfabrikate und Fertigwaren. Er wird in Mengeneinheiten gemessen oder für die finanzielle Bewertung in Währungseinheiten (z. B. €, $, ¥) bewertet. Der Fertigungsbestand wird aus den freigegebenen, aber noch nicht fertig gestellten Aufträgen gebildet [Wien-97b]. In der Fertigungssteuerung wird er in

2.2 Logistikkosten

33

Vorgabestunden oder als Anzahl Fertigungsaufträge gemessen. Er kann vornehmlich für bilanzielle Zwecke aber auch in Mengen- oder Währungseinheiten bewertet werden. Dem Bestand kommt in der Produktionslogistik aus vier Gründen Bedeutung zu, und zwar als Zielgröße, als logistische Regelgröße, als Regelgröße in kontinuierlichen Verbesserungsprozessen (KVP) und als Bewertungsgröße. Bestand als Zielgröße

Der Bestand wirkt durch die Kapitalbindung selbst und durch die aus der Kapitalbindung entstehenden Kosten auf die Finanzen eines Unternehmens. Je höher der Bestand ist, desto mehr Kapital wird im Umlaufvermögen eines Unternehmens gebunden und desto geringer ist der finanzielle Spielraum des Unternehmens für Investitionen. Umgekehrt kann durch eine Bestandsreduzierung ein Teil des Umlaufvermögens freigesetzt werden. Dieses Kapital kann entweder in das Unternehmen reinvestiert oder dem Unternehmen entzogen werden. Letzteres verringert entweder die Verschuldung (Fremdkapital) oder das Eigenkapital des Unternehmens. Für das in Beständen gebundene Kapital sind Zinskosten zu tragen, die bei konstantem Zinssatz proportional zur Kapitalbindung steigen. Gelingt es, die Bestände im Unternehmen zu reduzieren, verringern sich die Zinskosten und entsprechend erhöht sich der Gewinn. Diese Maßnahme lohnt sich selbst dann, wenn der Anteil der Zinskosten an den Gesamtkosten des Unternehmens gering ist. In den meisten Unternehmen sind die Kosten nämlich nicht wesentlich niedriger als die Erlöse. Daher ist der prozentuale Gewinnanstieg wesentlich höher als die prozentuale Kostenreduzierung. Reduziert beispielsweise ein Unternehmen seine Kosten bei einer Umsatzrendite von 5% um 1%, erhöht sich die Umsatzrendite um 19% auf 5,95%. Eine sehr wichtige finanzielle Kennzahl ist die Kapitalrendite als Verhältnis von Gewinn zu eingesetztem Kapital. Sie ermöglicht es, die Profitabilität eines Unternehmens mit anderen Formen der Kapitalanlage zu vergleichen. Reduziert ein Unternehmen seinen Bestand, dann erhöht sich die Kapitalrendite aus zwei Gründen: Zum einen kann der Gewinn durch die geringeren Bestandskosten erhöht werden, zum anderen verringert sich das im Betrieb gebundene Kapital. Weitere Bestandskosten werden durch das Bestandsrisiko verursacht. Dieses bezeichnet das Risiko, einen Bestand nicht wie geplant wirtschaftlich verwerten zu können. Es steigt mit der Höhe des Bestands. Ferner belegt der Bestand Platz in Fertigung und Lager. Eine bestandsarme Fabrik benötigt daher weniger Fläche als eine Fabrik mit hohen Beständen. Die bestandsarme Fabrik ist zudem übersichtlicher und daher einfacher zu steuern. Bestand als logistische Regelgröße

Der Umlaufbestand einer Fertigung beeinflusst sowohl die Auslastung (und damit auch die Leistung) einer Fertigung als auch die Durchlaufzeit der Aufträge. Die Werte beider Zielgrößen nehmen mit steigendem Bestand zu. Dieser Zielkonflikt zwischen niedrigen Beständen und kurzen Durchlaufzeiten einerseits und einer hohen Auslastung andererseits ist seit langem als Dilemma der Ablaufplanung be-

34

2 Logistische Zielgrößen

kannt [Gute-51]. Er kann mit Hilfe von Produktionskennlinien quantifiziert werden (vgl. dazu Abschn. 3.2.2 sowie [Nyhu-99]). In der Lagerfertigung beeinflusst der Lagerbestand den Servicegrad. Auch hier existiert ein Zielkonflikt zwischen den Zielgrößen. Ein hoher Servicegrad setzt einen hohen Lagerbestand voraus. Umgekehrt hat ein niedriger (mittlerer) Lagerbestand einen niedrigen Servicegrad zur Folge. Dieses Dilemma des Bestandsmanagements kann mit Hilfe von Lagerkennlinien quantifiziert werden (vgl. dazu Abschn. 3.1.3 sowie [Gläß-95, Nyhu-99, Lutz-02]). Bestand als Regelgröße in kontinuierlichen Verbesserungsprozessen

Bestände puffern Prozessstörungen ab und verdecken so die Störanfälligkeit von Prozessen (vgl. Bild 2.6).

IFA C0531A

Bild 2.6

See der Bestände (Siemens, zitiert nach [Wien-97])

Eine Grundidee von kontinuierlichen Verbesserungsprozessen in der Logistik ist es, den Bestand schrittweise zu senken, bis Probleme offenbar werden. Es werden dann die Problemursachen analysiert. Nachdem das Problem behoben wurde, wird der Bestand weiter gesenkt, bis neue Probleme offengelegt werden (und so fort). Die kontinuierliche Bestandssenkung führt so zu beherrschten Prozessen. Als Folge sinken die Herstellkosten und steigt die Qualität [Kraf-88]. Entsprechend gelten die erreichte Bestandshöhe und deren Umschlagsrate in vielen japanischen Unternehmen als Maß für die Prozessbeherrschung und damit für die Kompetenz des zugehörigen Fertigungsbereichs [Mond-81]. Die Idee, den Bestand als Regelgröße für kontinuierliche Verbesserungsprozesse einzusetzen, stammt aus der japanischen Just-in-time-Philosophie (vgl. dazu [Mond-81, Mond-98]. Sie setzt voraus, dass die Verantwortungsbereiche ihren Bestand eigenständig regeln können. Entsprechend setzen viele Unternehmen, die diese Philosophie umsetzen, die Kanban-Steuerung ein.

2.2 Logistikkosten

35

Bei dieser kann der Bestand dezentral auf jeder Wertschöpfungsstufe geregelt werden (vgl. dazu Kap. 9 sowie [Mond-81, Mond-98]). Gleiches gilt für die Auftragsfreigabe mit der Polca-Steuerung [Suri-98] und der Dezentralen Bestandsorientierten Fertigungsregelung [Lödd-01] (Kap. 23 und 24). Darüber hinaus beeinflusst der Bestand die Zeitdauer, in der Qualitätsmängel eines Prozesses an nachfolgenden Arbeitssystemen erkannt werden. Diese Zeitdauer ist umso länger, je höher der Bestand ist. Daher nimmt der produzierte Ausschuss mit der Bestandshöhe zu. Umgekehrt können Fehler bei niedrigen Beständen schnell entdeckt und behoben werden. Dies senkt die Herstellungskosten und erhöht die produktiv verfügbare Kapazität. Bestand als Bewertungsgröße

Aufgrund seiner finanziellen Bewertbarkeit eignet sich der Bestand dazu, andere Zielgrößen zu bewerten [Lödd-01]. Dazu ist es erforderlich, diese Zielgrößen in einen Vergleichsbestand umzurechnen. Besonders einfach ist dies bei einer Lagerfertigung möglich: Hier kann mit Hilfe der Lagerkennlinien abgeschätzt werden, um welchen Betrag ein Unternehmen die Kapitalbindung im Fertigwarenlager reduzieren kann, wenn eine Verbesserung bei den Zielgrößen Durchlaufzeit und Termintreue gelingt [Lutz-02, Nyhu-02]. Das Unternehmen kann den wirtschaftlichen Nutzen der Verbesserung somit monetär bewerten und mit den erforderlichen Aufwänden vergleichen. Ein vergleichbares Vorgehen ist auch bei einer Auftragsfertigung möglich, falls der Kunde die Ware einem Lager zuführt. Die Kostenvorteile entstehen dann beim Kunden und nicht im eigenen Unternehmen. In jedem Fall trägt eine derartige Umrechnung dazu bei, transparenter zwischen den logistischen Zielgrößen abwägen zu können. 2.2.2 Leistung und Auslastung Die physikalische Leistung ist definiert als Quotient von Arbeit und Zeit. Diese Definition kann in einer Analogie auf logistische Prozesse übertragen werden [Wien-97b]. Dann wird die Leistung zweckmäßig in der Einheit Stunden pro Betriebskalendertag oder auch in der Einheit Anzahl Aufträge pro Betriebskalendertag gemessen:

Lm = mit

AB P

Lm AB P

(2.14) mittlere Leistung [Std/BKT] Abgang im Bezugszeitraum [Std] Länge des Bezugszeitraums [BKT]

Die hier definierte Leistung wird in der Praxis meist als Durchsatz oder Ausbringung bezeichnet. Die Auslastung beschreibt das Verhältnis von mittlerer und maximal möglicher Leistung eines Arbeitssystems [Nyhu-99]. Die maximal mögliche Leistung bezeichnet dabei die verfügbare Arbeitssystemkapazität (vgl. Abschn. 3.2.1.1):

36

2 Logistische Zielgrößen

Am = mit

Lm ⋅ 100 Lmax

Am Lm Lmax

(2.15)

mittlere Auslastung [%] mittlere Leistung [Std/BKT] maximal mögliche Leistung [Std/BKT]

Die Auslastung ist eine traditionell sehr beachtete Zielgröße. In vielen Unternehmen sollen insbesondere sehr teure Maschinen möglichst hoch ausgelastet werden, um so ihre Refinanzierung zu sichern. Zwar ist es aus einer langfristigen Perspektive richtig, die Kapazität besonders teurer Maschinen nicht übertrieben großzügig zu dimensionieren. Nach der Anschaffung sind die Finanzierungskosten jedoch festgelegt und können durch die kurzfristigen Entscheidungen der Fertigungssteuerung nicht mehr beeinflusst werden. Sie sind als sogenannte „sunk costs“ nicht mehr entscheidungsrelevant und dürfen folglich nicht berücksichtigt werden. Eine Vorgabe an die Fertigungssteuerung, teure Maschinen möglichst hoch auszulasten, ist daher ökonomisch nicht begründet. Sie führt im Gegenteil in vielen Fällen zu erhöhten Beständen und Durchlaufzeiten. Dagegen können mit der Auslastung der Umsatz und damit auch der erwirtschaftete Deckungsbeitrag eines Unternehmens zunehmen (Bild 2.7 a). Gelingt es einem Unternehmen, mit einem vergleichbaren Maschinenpark eine höhere Leistung zu erzielen als ein konkurrierendes Unternehmen, dann kann es die Investitionskosten auf mehr Produkte verteilen. Es kann dann entweder einen niedrigeren Preis anbieten oder einen höheren Gewinn erzielen als der Wettbewerber. Dies setzt jedoch voraus, dass die mehr produzierten Güter abgesetzt werden können. Andernfalls begrenzt die Nachfrage die Auslastung einer Fertigung (vgl. Bild 2.7 b). Aufgrund der in vielen Branchen vorhandenen Überkapazitäten tritt dieser Fall häufig auf. Passt ein Unternehmen die Mitarbeiterzahl in einer derartigen Situation an die Nachfrage an, werden die Mitarbeiter zur relevanten Planungsgröße.

IFA 10.666

Bild 2.7

Einfluss der Auslastung auf den Absatz eines Unternehmens

2.2 Logistikkosten

37

Selbst wenn ein Unternehmen an der Kapazitätsgrenze arbeitet, ist es meist unmöglich, alle Arbeitssysteme vollständig auszulasten (vgl. Bild 2.7 c). Meist durchlaufen die Aufträge mehrere Arbeitssysteme und belasten diese in unterschiedlichem Maße. Ist der Durchsatzengpass einer Fertigung vollständig ausgelastet, können keine zusätzlichen Aufträge mehr produziert werden, die dieses Arbeitssystem durchlaufen müssen. Sind keine Aufträge im Dispositionsbestand, die keinen Durchsatzengpass durchlaufen, dann kann die Leistung der Fertigung nicht weiter gesteigert werden. Die Durchsatzengpässe einer Fertigung bestimmen damit die Leistung der Fertigung und aller Nichtengpässe (vgl. zu diesem Engpassprinzip auch [Gold-84, Wind-01]). Im Beispiel ist Arbeitssystem 4 Durchsatzengpass der Fertigung. Die Auslastung der übrigen Arbeitssysteme kann nur gesteigert werden, indem die Kapazität des Engpasses erhöht wird. Ist dies nicht möglich, reduzieren viele Unternehmen die Zeit, in der Mitarbeiter den NichtEngpassarbeitssystemen zugeordnet werden. Die Personaldisposition wirkt dann nivellierend auf die verfügbare Kapazität der Arbeitssysteme, so dass häufig kein eindeutig definierbarer Engpass mehr zu erkennen ist. 2.2.3 Verzugskosten Verzugskosten sind die Kosten, die einem Unternehmen aus der verspäteten Auslieferung eines Auftrags entstehen. Exakt messbar sind beispielsweise Konventionalstrafen oder erhöhte Kosten für eine notwendig gewordene Expressauslieferung. Die langfristig wirksamen Kosten durch den entstandenen Vertrauensschaden sind häufig gravierender, können aber in der Praxis nicht exakt bestimmt werden. Theoretische Arbeiten setzen die Verzugskosten häufig als bekannt voraus. Im Folgenden wird auf eine Modellierung der Verzugskosten verzichtet. Sie kann unter vereinfachenden Annahmen (bekannte Verzugskosten) aber leicht aus der Modellierung von Liefertreue und Lieferterminabweichung abgeleitet werden. Die logistische Zielerreichung bestimmt den wirtschaftlichen Unternehmenserfolg also in erheblichem Umfang mit. Es stellt sich daher unmittelbar die Frage, wie die logistischen Zielgrößen selbst beeinflusst werden können. Die Beantwortung dieser Frage ist Gegenstand des folgenden Kapitels.

3 Modellierung der logistischen Zielgrößen

Einem bekannten und vielleicht schon überstrapazierten Sprichwort der Managementliteratur zur Folge kann man nur das beherrschen, was man auch misst. Für die gezielte Regelung der logistischen Zielgrößen ist dies eine notwendige, aber noch keine hinreichende Bedingung. Wegen der zahlreichen Wechselwirkungen und Zielkonflikte zwischen den logistischen Ziel- und Einflussgrößen ist zusätzlich ein Systemverständnis erforderlich, um eine zufrieden stellende Zielerreichung gewährleisten zu können. Daher kommt der Modellierung der logistischen Zielgrößen und ihrer gegenseitigen Abhängigkeiten eine fundamentale Bedeutung zu. Sie dient im Wesentlichen zwei Zwecken. Erstens bildet sie die Grundlage dafür, die Parameter der Fertigungssteuerungsverfahren im Einklang mit der logistischen Zielsetzung festlegen zu können. Zweitens können aus den Modellen grundsätzliche Erkenntnisse über die Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren gewonnen werden. Sie werden hier als Leitsätze für die Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren formuliert. Diese Leitsätze werden dazu genutzt, um die logistische Eignung von Fertigungssteuerungsverfahren qualitativ zu bewerten. Die Modellierung wird im Folgenden anhand des Hannoveraner Trichtermodells dargestellt. Dieses wird seit Beginn der siebziger Jahre am Institut für Fabrikanlagen und Logistik der Universität Hannover stetig weiterentwickelt und an vielen Hochschulen und Fachhochschulen gelehrt. Es hat sich mittlerweile auch in zahlreichen Industrie- und Forschungsprojekten bewährt und wurde in kommerzielle PPS-Software integriert. Dadurch ist es in den betrieblichen Alltag vieler Produktionsunternehmen vorgedrungen. Eine vertiefte Darstellung des Trichtermodells sowie des daraus abgeleiteten Durchlaufdiagramms und der logistischen Kennlinien geben Wiendahl und Nyhuis [Wien-97b, Nyhu-99]. Die Gliederung des Kapitels orientiert sich an der Unterteilung in externe und interne logistische Zielgrößen (vgl. Kap. 2). Zunächst werden die externen logistischen Zielgrößen Lieferzeit, Lieferterminabweichung und -treue sowie Servicegrad betrachtet (Abschn. 3.1). Ziel ist es hier, die Abhängigkeit von den internen logistischen Zielgrößen darzustellen und zu quantifizieren. Der zweite Abschnitt des Kapitels ist dann den internen logistischen Zielgrößen gewidmet (Abschn. 3.2). Dazu werden mit dem Durchlaufdiagramm und den Produktionskennlinien zwei wesentliche Elemente des Trichtermodells erläutert. Der dritte Abschnitt stellt die Einflussgrößen der logistischen Leistung zusammenfassend dar und abstrahiert aus der Modellierung allgemein gültige Leitsätze für die Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren (Abschn. 3.3).

40

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

3.1 Modellierung der externen logistischen Zielgrößen Die Darstellung der Abhängigkeit der externen logistischen Zielgrößen von den internen Zielgrößen ermöglicht es zum einen, Zielvorgaben für die Fertigung systematisch aus Marktvorgaben abzuleiten. Zum anderen zeigt sie auf, welche externe Zielerreichung erwartet werden darf, wenn die internen logistischen Zielgrößen bestimmte Werte annehmen. Die Gliederung des Abschnitts folgt den Zielgrößen Lieferzeit (Abschn. 3.1.1), Liefertreue (Abschn. 3.1.2) und Servicegrad (Abschn. 3.1.3). 3.1.1 Lieferzeit Im einfachsten Fall einer streng sequentiellen Auftragserfüllung, also vor allem bei einstufigen Fertigungsaufträgen, besteht die Lieferzeit eines Unternehmens aus sechs Komponenten (vgl. dazu u.a. [Schö-02]):

ZL = ZDL + ZB + ZLP + ZV + BV + ZAD mit

ZL ZDL ZB ZLP ZV BV ZAD

(3.1)

Lieferzeit [BKT] Durchlaufzeit [BKT] Beschaffungszeit [BKT] Lieferzeitpuffer [BKT] Versandzeit [BKT] Belastungsverschiebung [BKT] Administrationszeit [BKT]

Durchlaufzeit: Die Durchlaufzeit bezeichnet die Zeitdauer von der Auftragsfreigabe bis zur Fertigstellung des Auftrags (vgl. Abschn. 2.1.4). Sie hat häufig den größten Anteil an der Lieferzeit eines Produkts und kann von der Fertigungssteuerung beeinflusst werden. Beschaffungszeit: Bei einer auftragsbezogenen Beschaffung ist die Zeit für die Beschaffung von Kaufteilen zu berücksichtigen. Diese Komponente entfällt bei einer Beschaffung auf Lager. Versandzeit: Die Versandzeit bezeichnet die Zeit, die für den Versand des fertig gestellten Produkts benötigt wird. Sie ist entfernungs- und transportmittelabhängig und wird von der Fertigungssteuerung nicht direkt beeinflusst. Daher wird sie bei der Modellierung häufig vernachlässigt. Belastungsverschiebung: Vor allem in Zeiten erhöhter Nachfrage sind die Kapazitäten häufig für längere Zeit ausgelastet. Zusätzliche Aufträge können nur für Zeiträume eingeplant werden, für die wieder freie Kapazität zur Verfügung steht. Die Aufträge und damit die Belastung werden also in die Zukunft verschoben. Die entsprechende Lieferzeitverlängerung wird hier als Belastungsverschiebung bezeichnet. Ihr langfristiger Mittelwert ist abhängig von der Höhe der Kapazitätsbedarfsschwankungen und vom Kapazitätsangebot und seiner Flexibilität. Generell besteht ein Zielkonflikt zwischen der mittleren Auslastung der Kapazitäten und den Lieferzeiten bei erhöhten Kapazitätsbedarfen (Dilemma der langfristigen Ka-

3.1 Modellierung der externen logistischen Zielgrößen

41

pazitätsplanung, vgl. [Pior-85]). Orientiert sich die Kapazitätsauslegung am maximalen Kapazitätsbedarf, entstehen in Zeiten eines geringeren Kapazitätsbedarfs Auslastungsverluste. Richtet sich die Kapazitätsauslegung dagegen am Mittelwert des Kapazitätsbedarfs aus, reichen die Kapazitäten in Zeiten eines erhöhten Bedarfs nicht aus, um die Nachfrage unmittelbar zu befriedigen. Ein Unternehmen muss dann einen Belastungsabgleich durchführen und – mindestens für einen Teil der Aufträge – verlängerte Lieferzeiten in Kauf nehmen. Die erforderliche Belastungsverschiebung kann exakt nur mit Hilfe einer detaillierten Termin- und Kapazitätsplanung bestimmt werden. Überschlägig kann sie jedoch auch mit Hilfe des Planungsrückstands berechnet werden. Der Planungsrückstand bezeichnet die Differenz zwischen dem kumulierten Wunsch-Abgang (berechnet aus den Kundenwunschterminen) und dem kumulierten Plan-Abgang (berechnet unter Berücksichtigung der Kapazitätsrestriktionen).

RS Planung = ABWunsch − ABPlan mit

RSPlanung ABWunsch ABPlan

(3.2)

Planungsrückstand [Std] Wunsch-Abgang [Std] Plan-Abgang [Std]

Der Planungsrückstand bezeichnet also den kumulierten Kapazitätsbedarf, der dem Unternehmen zur Erfüllung aller Kundenwünsche fehlt. Unter vereinfachenden Annahmen ergibt sich die erforderliche Belastungsverschiebung aus dem Verhältnis von Planungsrückstand und Leistung:

BV = mit

RS Planung

(3.3)

Lm

BV RSPlanung Lm

Belastungsverschiebung [BKT] Planungsrückstand [Std] mittlere Leistung [Std/BKT]

Der Zielkonflikt zwischen der Kapazitätsauslastung und den Lieferzeiten kann durch flexible Kapazitäten entschärft werden. Im Personalbereich ermöglichen flexible Arbeitszeitmodelle, die Mehrfachqualifikation von Mitarbeitern oder der kurzfristige Einsatz von Zeitarbeitern, das Angebot der Nachfrage anzupassen (vgl. Kap. 26). Bei Betriebsmitteln ist eine Flexibilisierung schwerer zu erreichen. Eine Möglichkeit dazu ist die Kooperation mit anderen Unternehmen. Entweder können Fremdaufträge angenommen werden, um die Auslastung zu erhöhen, oder Aufträge bei überlasteten Kapazitäten fremdvergeben werden. Im Idealfall ermöglichen es die Maßnahmen, die Lieferzeiten auch bei überdurchschnittlich hoher Nachfrage auf einem niedrigen Niveau zu halten. Lieferzeitpuffer: Der Lieferzeitpuffer dient dazu, eine hohe Liefertreue auch bei streuenden Durchlaufzeiten zu erreichen. Sie verlängert die Lieferzeit und den Fertigwarenbestand eines Unternehmens. Der erforderliche Lieferzeitpuffer ist umso höher, je höher die erforderliche Liefertreue und die Streuung der Abgangsterminabweichung sind.

42

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

Administrationszeit: Die Administrationszeit ist die Zeit, um einen Auftrag anzulegen und abzuschließen. Sie umfasst z. B. die Verfügbarkeitsprüfung, die Entscheidung über die Beschaffung sowie die Vorbereitungszeit des Auftrags durch das Produktions- und Auftragsbüro [Schö-02]. Möchte ein Unternehmen seine Lieferzeiten verkürzen, sollte es zunächst untersuchen, welche Bestandteile den höchsten Anteil an der Lieferzeit verursachen. In vielen Unternehmen sind dies die Durchlaufzeit und bei einer hohen Nachfrage die Belastungsverschiebung. Letztere kann über höhere bzw. flexiblere Kapazitäten verkürzt werden. Eine Verkürzung der Durchlaufzeit setzt eine Bestandsreduzierung voraus. In Auftragsnetzen, in denen die Fertigung mehrerer Komponenten geplant werden muss, die sich zu einem Endprodukt zusammensetzen, ist die Berechnung der Lieferzeit komplexer. Bild 3.1 zeigt einen sehr einfachen Fall für ein solches Auftragsnetz.

IFA 10.663

Bild 3.1

Bestimmung der Durchlaufzeit in Auftragsnetzen

3.1 Modellierung der externen logistischen Zielgrößen

43

Das Produkt P1 wird aus den Komponenten K1 und K2 montiert. Offensichtlich bestimmen die Montage von P1 und die Fertigung von K1 die Durchlaufzeit des Gesamtauftrags und liegen somit auf dem kritischen Pfad. Aufträge auf dem kritischen Pfad haben eine hohe Priorität, da sie die Durchlaufzeit und damit die Lieferzeit des gesamten Auftrags bestimmen. Die Berücksichtigung von Lieferzeitpuffern verlängert auf dem kritischen Pfad die Lieferzeit des gesamten Produkts. Sie werden daher häufig knapp dimensioniert. Für Aufträge, die nicht auf dem kritischen Pfad liegen, verlängert ein Lieferzeitpuffer dagegen erst die Gesamtdurchlaufzeit, wenn sie die Pufferzeit überschreitet (vgl. Bild 3.1 a). Er kann daher großzügiger bemessen werden, um die rechtzeitige Verfügbarkeit der jeweiligen Komponente auch sicher zu stellen, wenn sich die tatsächliche Fertigstellung gegenüber dem Plan verzögert (vgl. Bild 3.1 b). Dabei ist jedoch der Zielkonflikt mit der Bestandshöhe zu berücksichtigen. Der Bestand steigt mit dem Lieferzeitpuffer an. Ausführlich behandelt Wahlers die Festlegung von Lieferzeitpuffern in Auftragsnetzen [Wahl-98]. Von den Komponenten der Lieferzeit beeinflusst die Fertigungssteuerung direkt zwar nur die Durchlaufzeit. Diese hat in vielen Unternehmen jedoch den größten Anteil an der Lieferzeit. Zudem beeinflusst die Streuung der Durchlaufzeiten den erforderlichen Lieferzeitpuffer. Die Modellierung der Durchlaufzeit ist daher Grundvoraussetzung dafür, die Lieferzeiten gezielt beeinflussen zu können. 3.1.2 Lieferterminabweichung und Liefertreue Die Lieferterminabweichung eines Auftrags bezeichnet die Abweichung des geplanten vom tatsächlichen Liefertermin (vgl. Abschn. 2.1.2). Sie ergibt sich auch als Differenz von Abgangsterminabweichung und Lieferzeitpuffer eines Auftrags (vgl. Bild 3.2 sowie Gl. 3.4).

IFA 10.652

Bild 3.2

Zusammenhang zwischen Abgangsterminabweichung, Lieferzeitpuffer und Lieferterminabweichung.

44

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

LTA = TAA − ZLP mit

LTA TAA ZLP

(3.4)

Lieferterminabweichung [BKT] Abgangsterminabweichung [BKT] Lieferzeitpuffer [BKT]

Diese Gleichung setzt voraus, dass die Versandzeit vernachlässigt werden kann oder zumindest nicht vom geplanten Wert abweicht. Viele Unternehmen halten zu früh fertig gestellte Aufträge zurück und liefern sie erst aus, wenn der vereinbarte Liefertermin erreicht ist. In diesem Fall gilt: ⎧0 LTA = ⎨ ⎩TAA - ZLP mit

LTA TAA ZLP

falls TAA ≤ ZLP falls TAA > ZLP

(3.5)

Lieferterminabweichung [BKT] Abgangsterminabweichung [BKT] Lieferzeitpuffer [BKT]

Der Lieferzeitpuffer verringert also die Lieferterminabweichung im Vergleich zur Abgangsterminabweichung der Fertigung. Entsprechend erhöht er die Liefertermineinhaltung. Für diese gilt:

LTE = mit

AnzAuf mit LTA ≤ 0 AnzAuf mit TAA ≤ ZLP ⋅ 100 = ⋅ 100 AnzAuf AnzAuf

LTE AnzAuf LTA TAA ZLP

(3.6)

Liefertermineinhaltung [%] Anzahl Aufträge [-] Lieferterminabweichung [BKT] Abgangsterminabweichung [BKT] Lieferzeitpuffer [BKT]

Bild 3.3 zeigt die Auswirkungen des Lieferzeitpuffers auf die Liefertermineinhaltung an einem (fiktiven) Beispiel.

IFA 10.674

Bild 3.3

Einfluss des Lieferzeitpuffers auf die Liefertermineinhaltung

3.1 Modellierung der externen logistischen Zielgrößen

45

In der Ausgangssituation (Bildteil a) plant das Unternehmen keinen Lieferzeitpuffer ein. Alle Aufträge, die nicht zum Plan-Termin fertig gestellt werden, verringern daher die Liefertermineinhaltung. Bei einem Lieferzeitpuffer von einem Betriebskalendertag (Bildteil b) können auch noch die Aufträge mit einer Abgangsterminabweichung von einem Tag rechtzeitig ausgeliefert werden. Dadurch erhöht sich die Liefertermineinhaltung von 71% auf 91%. Bildteil c zeigt, welche Liefertermineinhaltung sich in Abhängigkeit vom Lieferzeitpuffer ergibt. Die Darstellung könnte den Eindruck erwecken, die Erhöhung des Lieferzeitpuffers sei ein geeignetes Mittel zur Steigerung der Liefertermineinhaltung. Dies trifft jedoch allenfalls mit Einschränkungen zu. Denn zum einen steigen mit dem Lieferzeitpuffer auch Lieferzeit und Fertigwarenbestände an (Dilemma der Lieferterminermittlung), so dass der Lieferzeitpuffer im Rahmen einer logistischen Positionierung festzulegen ist. Zum anderen reagiert der Lieferzeitpuffer nur auf Symptome. Wesentlich wirksamer ist es, die Ursachen für eine stark streuende Terminabweichung zu analysieren und durch eine verbesserte Fertigungssteuerung eine höhere Termintreue zu erzielen. Ein Verzicht auf einen Lieferzeitpuffer ist bei einer streuenden Abgangsterminabweichung jedoch fast zwangsläufig mit einer geringen Liefertermineinhaltung verbunden. Er sollte daher erst dann reduziert werden, wenn die Verbesserungen in der Fertigungssteuerung wirksam geworden sind. Ausschlaggebende Einflussfaktoren auf die Liefertermineinhaltung (und den erforderlichen Lieferzeitpuffer) sind Mittelwert und Streuung der Abgangsterminabweichung. Bild 3.4 zeigt an einem fiktiven Beispiel, wie durch eine Reduzierung der mittleren Abgangsterminabweichung (Bildteil b) und durch eine verringerte Streuung (Bildteil c) die Liefertermineinhaltung verbessert werden kann. Entsprechend kommt der Modellierung der Abgangsterminabweichung besondere Bedeutung zu.

IFA 10.675

Bild 3.4

Maßnahmen zur Erhöhung der Liefertermineinhaltung

46

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

Grundlage der Modellierung der Wunschliefertreue ist die Verteilung der Wunschlieferzeiten. Diese ist in Bild 3.5 für eine fiktive Produktgruppe dargestellt.

IFA 10.808

Bild 3.5

Berechnung der Plan-Wunschliefertreue

Den Wunschlieferzeiten wird die nach Gl. 3.1 berechnete Plan-Lieferzeit für diese Produktgruppe gegenübergestellt. Im Beispiel wird eine einheitliche PlanLieferzeit von fünf Tagen angenommen, so dass alle Aufträge zum vom Kunden gewünschten Termin eingeplant werden können, deren Wunschlieferzeit fünf oder mehr Tage beträgt. Soll die Wunschliefertreue erhöht werden, sind zwei Fälle zu unterscheiden: 1.

Es sind ausreichende Kapazitäten vorhanden (Belastungsverschiebung = 0)

Ist die so berechnete Wunschliefertreue zu niedrig, dann sollte das Unternehmen versuchen, die Fertigungsdurchlaufzeit (oder andere Bestandteile der Lieferzeit) zu reduzieren. 2.

Es sind keine ausreichenden Kapazitäten vorhanden (Belastungsverschiebung > 0)

Ist die Belastungsverschiebung ausschlaggebend für eine schlechte Wunschliefertreue, dann kann nur eine kurzfristige Kapazitätserhöhung zu einer Reduzierung der Lieferzeit beitragen. In beiden Fällen kann die Modellierung der geplanten Wunschliefertermineinhaltung also auf die Modellierung der Lieferzeit zurückgeführt werden. 3.1.3 Servicegrad

Der Servicegrad eines Lagers (bzw. der gelagerten Produkte) hängt direkt vom mittleren Lagerbestand ab. Je höher der Lagerbestand ist, desto höher ist der Servicegrad (Dilemma des Bestandsmanagements). Dieser Zielkonflikt kann mit Hilfe von Lagerkennlinien quantifiziert werden. Diese wurden von Gläßner und Nyhuis zunächst für die Zielgröße Lieferverzug abgeleitet [Gläß-95, Nyhu-99] und dann von Lutz und Lödding auf den gewichteten Servicegrad übertragen (vgl. Abschn. 2.1.3 sowie [Lutz-01, Lutz-02]).

3.1 Modellierung der externen logistischen Zielgrößen

47

Bild 3.6 zeigt den Verlauf der gewichteten Servicegradkennlinie. Mit steigendem mittlerem Lagerbestand nimmt der gewichtete Servicegrad zu. Ab einer bestimmten Höhe des mittleren Lagerbestands, dem sog. praktisch minimalen Grenzbestand, kann jede Nachfrage direkt aus dem Lager bedient werden. Der Servicegrad erreicht dort einen Wert von 100%, der mittlere Lieferverzug wird null. Eine weitere Erhöhung des Lagerbestandes verbessert die logistische Leistungsfähigkeit nicht mehr.

IFA 10.786b

Bild 3.6

Verlauf der idealen und theoretischen Kennlinie für den gewichteten Servicegrad (Lutz)

Die Herleitung der Lagerkennlinien soll hier nicht im Detail erörtert werden (vgl. dazu [Gläß-95, Nyhu-99] für die Kennlinie des Lieferverzugs und [Lutz-01, Lutz-02] für die Kennlinie des Servicegrads). Für die Berechnung der Kennlinie des gewichteten Servicegrads gilt [Lutz-02]: ⎛ SG g ⎞ ⎟ ⎜ 100 ⎟ ⎝ ⎠

BLm = BL0 ⋅ ⎜ mit

BLm BL0 SGg BL1 c

2

⎛

SG g

⎜ ⎝

100

+ (BL1 − BL0 ) ⋅ c 1 − ⎜ 1 −

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

c

(3.7)

mittlerer Lagerbestand [ME] Losbestand [ME] gewichteter Servicegrad [%] praktisch minimaler Grenzbestand [ME] C-Norm-Parameter [-]

Die Parameter der Berechnungsgleichung werden nachfolgend erläutert. Der Losbestand BL0 entspricht der halben mittleren Zugangslosgröße [Gläß-95]:

BL0 =

X Zu ,m 2

(3.8)

48

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

mit

BL0 XZu,m

Losbestand [ME] mittlere Lagerzugangsmenge (Zugangslosgröße) [ME]

Der C-Norm-Parameter C beeinflusst die Krümmung der Servicegradkennlinie. Günstig sind niedrige C-Werte. Sie werden durch eine schlanke Verteilung der Planabweichungen erreicht. Für mäßig streuende Planabweichungen kann ein CWert von 0,33-0,37 angenommen werden [Nyhu-99]. Es bietet sich für den praktischen Einsatz der Kennlinie an, Lagerbestand und Servicegrad in einem repräsentativen Zeitraum zu messen und den C-Norm-Wert so festzulegen, dass die Servicegradkennlinie den Messwert durchläuft. Dieses Vorgehen setzt voraus, dass keine organisatorisch bedingten Servicegradverluste auftreten [Lutz-02]. Der praktisch minimale Grenzbestand BL1 entspricht dem Bestand, bei dem der Servicegrad 100% erreicht. Er berechnet sich zu [Nyhu-99]:

BL1 = mit

X Zu , m − X Ab, m

BL1 XZu,m XAb,m LTA+max MA max BRmax BRm WBZ

2

+

(LTA

+ max

) ( 2

) (( 2

)

− ⋅ BRm + MAmax + BRmax − BRm ⋅WBZ

)

2

(3.9)

praktisch minimaler Grenzbestand [ME] mittlere Lagerzugangsmenge (Zugangslosgröße) [ME] mittlere Lagerabgangsmenge (Abgangslosgröße) [ME] max. positive Lieferterminabweichung (Verzögerung) [BKT] max. negative Mengenabweichung (Unterlieferung) [ME] maximale Bedarfsrate [ME/BKT] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] Wiederbeschaffungszeit [BKT]

Der erste Summand beschreibt den Losbestand, der sich allein aus den unterschiedlichen Losgrößen in Zugang und Abgang ergibt. Der Losbestand nimmt mit der Lagerzugangsmenge, die häufig der Fertigungslosgröße entspricht, zu. Der zweite Summand beschreibt den Sicherheitsbestand, der erforderlich ist, um auch bei Störungen die Lieferbereitschaft zu sichern. Es werden drei Störungsarten berücksichtigt (vgl. Bild 3.7): 1. Lieferterminabweichung: Geht ein Beschaffungsauftrag dem Lager später zu als geplant, dann müssen die Nachfragen während der Verzögerung aus dem Sicherheitsbestand bedient werden. Der dazu erforderliche Sicherheitsbestand nimmt mit der Lieferterminabweichung und der mittleren Bedarfsrate zu. 2. Liefermengenabweichung: Die Lieferbereitschaft kann gefährdet werden, wenn die eingeplante Liefermenge unterschritten wird. Um dies zu vermeiden, ist ein Sicherheitsbestand in Höhe der maximalen negativen Mengenabweichung vorzuhalten. 3. Bedarfsabweichung: Der Bedarf verläuft in der Regel nicht konstant, sondern schwankt um einen Mittelwert. Ist der Bedarf während der Wiederbeschaffungszeit höher als geplant, muss ein Teil der Nachfragen aus dem Sicherheitsbestand bedient werden. Der dazu erforderliche Sicherheitsbestand nimmt mit der Länge der Wiederbeschaffungszeit und der Höhe der maximalen Bedarfsrate zu.

3.1 Modellierung der externen logistischen Zielgrößen

49

IFA 10.668b

Bild 3.7

Planabweichungen in Lagerprozessen (nach Nyhuis)

Die für den Ausgleich der Planabweichungen erforderlichen Sicherheitsbestände werden im zweiten Summanden von Gl. 3.9 statistisch aggregiert. Voraussetzung hierfür ist die statistische Unabhängigkeit der einzelnen Planabweichungen. Durch die Quadrierung verlieren Planabweichungen an Gewicht, die durch einen niedrigen Sicherheitsbestand abgepuffert werden können. Erfahrungsgemäß dominieren in vielen Unternehmen Nachfrageschwankungen und/oder die Lieferterminabweichung den erforderlichen Sicherheitsbestand. Die Fertigungssteuerung beeinflusst den erforderlichen Sicherheitsbestand in zweierlei Hinsicht: Zum einen bestimmen Mittelwert und Streuung der Abgangsterminabweichung die maximale Lieferterminabweichung. Zum anderen ist die Durchlaufzeit wesentlicher Bestandteil der Liefer- bzw. der Wiederbeschaffungszeit. Gelingt es, bezüglich dieser Zielgrößen Verbesserungen zu erzielen, dann reduziert dies den erforderlichen Sicherheitsbestand. Mit der Durchlaufzeit und der Abgangsterminabweichung bestimmen in der Lagerfertigung die gleichen internen logistischen Zielgrößen die externe Zielerreichung wie in der Auftragsfertigung. Die Kapazitätsflexibilität ist in einer Lagerfertigung häufig noch bedeutsamer als in einer Auftragsfertigung. Reicht die Kapazität nicht aus, um den Kapazitätsbedarf zu befriedigen, ist es meist nicht möglich, den Liefertermin zu verschieben, ohne eine Lieferzusage zu verletzen. In der Regel ist die Lagerfertigung nämlich mit dem Versprechen verbunden, Nachfragen direkt aus dem Lager befriedigen zu können. Sobald die insgesamt (und nicht nur für eine einzelne Variante) erhöhte Nachfrage die Sicherheitsbestände aufgezehrt hat, reduzieren sich die Servicegrade. Ein ähnlicher Effekt entsteht in einer Auftragsfertigung, wenn ein Unternehmen feste Lieferzeiten zugesagt hat und damit seine Belastungsflexibilität einschränkt. In dieser Situation wäre es im Übrigen falsch, die Sicherheitsbestände zu erhöhen. Dies würde nur zusätzliche Fertigungsaufträge auslösen und die Belastung und damit den Rückstand der Fertigung weiter erhöhen. Des Weiteren würden in der Fertigung Aufträge um knappe Kapazitäten konkurrieren, für die zum Teil noch ausreichende Bestände im Lager vorhanden wären. Im Grunde verbleiben

50

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

dem Unternehmen damit nur drei Alternativen, die Problemursache zu beheben: die eigenen Kapazitäten kurzfristig auszubauen, Aufträge auswärts zu vergeben oder die Preise zu erhöhen. Letzteres hat zum Ziel, die Nachfrage auf einen Wert zu drosseln, der mit der vorhandenen Kapazität erreicht werden kann. Eine Preiserhöhung hat zwei Vorteile: Zum einen erhöht sich der Unternehmensgewinn, so dass das erforderliche Kapital für eine Kapazitätserweiterung leichter finanziert werden kann. Zum anderen gelangen die Produkte zu den Kunden, die damit den höchsten Nutzen erzielen können. Auf der anderen Seite kann eine Preiserhöhung jedoch auch die langfristigen Lieferbeziehungen zu den Kunden verschlechtern.

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen Die internen logistischen Zielgrößen können mit dem Hannoveraner Trichtermodell modelliert werden. Dieses umfasst das Trichtermodell im engeren Sinne und das daraus abgeleitete Durchlaufdiagramm (Abschn. 3.2.1) sowie die Produktionskennlinien (Abschn. 3.2.2). 3.2.1 Trichtermodell und Durchlaufdiagramm

Trichtermodell und Durchlaufdiagramm erlauben es, den zeitlichen Verlauf der logistischen Zielgrößen zu visualisieren. Dies setzt die Definition der Auftragsund Durchführungszeit voraus (Abschn. 3.2.1.1). Kleinste Modellierungseinheiten des Trichtermodells sind die Bestandteile des Durchlaufelements eines Arbeitsvorgangs. Das Durchlaufelement beschreibt den Durchlauf eines Auftrags an einem Arbeitssystem (Abschn. 3.2.1.2). Aus der Modellierung der Arbeitssysteme einer Fertigung als Trichter kann das Durchlaufdiagramm abgeleitet werden (Abschn. 3.2.1.3). Das Durchlaufdiagramm ermöglicht es, quantitative Beziehungen zwischen den logistischen Zielgrößen zu bestimmen. 3.2.1.1 Auftrags- und Durchführungszeit

Die Ausgangsgröße für das Trichtermodell ist die Auftragszeit. Sie entspricht der Vorgabezeit, die für die Bearbeitung eines Arbeitsvorgangs an einem Arbeitssystem vorgesehen ist. Die Auftragszeit ergibt sich aus der Rüstzeit, der Losgröße und der Einzelzeit [Wien-97b]. Sie wird in Stunden gemessen und dem Arbeitsplan entnommen.

ZAU = mit

LG ⋅ te + t r 60

ZAU LG te tr

Auftragszeit [Std] Losgröße [ME] Einzelzeit [min/ME] Rüstzeit [min]

(3.10)

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen

51

Die statistische Verteilung der Auftragszeiten an einem Arbeitssystem beeinflusst die erreichbaren Durchlaufzeiten des Arbeitssystems. Daher sind Mittelwert und Standardabweichung der Auftragszeit wichtige logistische Kennzahlen: n

ZAU m = mit

∑ ZAU

i

i =1

(3.11)

n

ZAUm ZAUi n

mittlere Auftragszeit [Std] Auftragszeit des Arbeitsvorgangs i [Std] Anzahl der Arbeitsvorgänge [-]

Die Standardabweichung beschreibt die Streuung einer Verteilung [Nyhu-99]. n

∑ (ZAU i =1

ZAU s = mit

− ZAU i )

2

m

n

ZAUs ZAUm ZAUi n

(3.12)

Standardabweichung der Auftragszeit [Std] mittlere Auftragszeit [Std] Auftragszeit des Arbeitsvorgangs i[Std] Anzahl der Arbeitsvorgänge [-]

Der Variationskoeffizient der Auftragszeit bezieht die Standardabweichung der Auftragszeit auf ihren Mittelwert. Dies ermöglicht es, die Streuung verschiedener Auftragszeitverteilungen miteinander zu vergleichen [Nyhu-99].

ZAU s ZAU m

ZAU v = mit

ZAUv ZAUs ZAUm

(3.13)

Variationskoeffizient der Auftragszeit [-] Standardabweichung der Auftragszeit [Std] mittlere Auftragszeit [Std]

Für die Terminierung ist es erforderlich, die Belegungszeit eines Arbeitssystems durch einen Auftrag in der Einheit Betriebskalendertag (BKT) anzugeben. Diese als Durchführungszeit bezeichnete Kennzahl berechnet sich als Quotient von Auftragszeit und maximal möglicher Leistung [Nyhu-99].

ZDF = mit

ZAU Lmax

ZDF ZAU Lmax

(3.14) Durchführungszeit (Arbeitsvorgang) [BKT] Auftragszeit [Std] maximal mögliche Leistung [Std/BKT]

52

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

Die maximal mögliche Leistung entspricht dabei dem jeweiligen Minimum der verfügbaren Personal- und Betriebsmittelkapazität [Nyhu-99]. Kapazitätsmindernde Störungen (z. B. durch Maschinenausfälle) sind bei der Berechnung zu berücksichtigen. 3.2.1.2 Durchlaufelement

Das Durchlaufelement beschreibt den Durchlauf eines Auftrags an einem Arbeitssystem. Betrachtet wird ein zunächst ein Produktionsauftrag (vgl. Bild 3.8).

IFA D1878

Bild 3.8

Durchlaufzeitanteile und Durchlaufelemente (Nyhuis/Wiendahl)

Der Produktionsauftrag setzt sich aus einem Montageauftrag und zwei Fertigungsaufträgen zusammen (Bild 3.8 a). Der Montageauftrag und Fertigungsauftrag II bilden den kritischen Pfad dieses einfachen Auftragsnetzes. Fertigungsauftrag II besteht aus vier Arbeitsvorgängen AVG 1 bis AVG 4 (Bild 3.8 b). Dargestellt ist das Durchlaufelement des dritten Arbeitsvorgangs. Es beginnt unmittelbar nach Abschluss der Bearbeitung des vorhergehenden Arbeitsvorgangs (beim ersten Arbeitsvorgang mit dem Auftragsstart). Es enthält damit die Zeitanteile des Liegens nach Bearbeitung und den Transport des Loses zum nächsten Arbeitssystem. Dort reiht sich der Auftrag in der Regel in eine Warteschlange ein (Liegen vor Bearbeitung) und wartet, bis die vor ihm zu fertigenden Aufträge abgearbeitet sind. Anschließend wird die Maschine umgerüstet und die Bearbeitung des Auf-

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen

53

trags beginnt. Die Durchlaufzeit eines Arbeitsvorgangs umfasst alle Bestandteile des Durchlaufelements. Sie berechnet sich zu [Wien-97b]:

ZDL = TBE − TBEV mit

ZDL TBE TBEV

(3.15)

Durchlaufzeit (Arbeitsvorgang) [BKT] Termin Bearbeitungsende des Arbeitsvorgangs [BKT] Termin Bearbeitungsende des Vorgängerarbeitsvorgangs [BKT]

Die Zeitanteile Liegen nach Bearbeiten, Transport und Liegen vor Bearbeiten werden zur Übergangszeit zusammengefasst; die Zeitanteile Rüsten und Bearbeiten bilden die Durchführungszeit. Entsprechend gilt für die Durchlaufzeit [Wien97b]:

ZDL = ZUE + ZDF mit

ZDL ZUE ZDF

(3.16)

Durchlaufzeit (Arbeitsvorgang) [BKT] Übergangszeit (Arbeitsvorgang) [BKT] Durchführungszeit (Arbeitsvorgang) [BKT]

Eine sehr aussagekräftige Kennzahl, um die Höhe der Durchlaufzeit zu bewerten, ist der (ungewichtete) Flussgrad. Er bezieht die mittlere Durchlaufzeit auf die mittlere Durchführungszeit [Wien-97b]:

FG = mit

ZDLm ZDFm

FG ZDLm ZDFm

(3.17) (ungewichteter) Flussgrad [-] mittlere Durchlaufzeit [BKT] mittlere Durchführungszeit [BKT]

Je höher der Flussgrad ist, desto höher ist der Anteil der Übergangszeiten an den Durchlaufzeiten. Ein hoher Flussgrad deutet daher in der Regel auf einen zu hohen Bestand hin. Aus der Kennlinientheorie kann für viele Anwendungsfälle ein angemessener Flussgrad von drei bis fünf abgeleitet werden (vgl. die Ausführungen zu den normierten Produktionskennlinien, Bild 3.15). Der Flussgrad kann sowohl für ein Arbeitssystem als auch für eine gesamte Fertigung berechnet werden. Eine verwandte Kenngröße ist der gewichtete Flussgrad. Diese gewichtet bei der Mittelwertberechnung sowohl die Durchlaufzeiten als auch die Durchführungszeiten mit der Auftragszeit der jeweiligen Aufträge (vgl. dazu ausführlich [Wien-97]). 3.2.1.3 Durchlaufdiagramm

Das Trichtermodell modelliert die Arbeitssysteme einer Fertigung nach einem Vorschlag von Bechte [Bech-84] als Trichter, denen Aufträge zugehen und so den Bestand am Arbeitssystem bilden, bis sie nach der Bearbeitung den Trichter bzw. das Arbeitssystem wieder verlassen (Bild 3.9).

54

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

IFA C0476

Bild 3.9

Trichtermodell und Durchlaufdiagramm (Bechte, zitiert nach Wiendahl)

Die Größe der Aufträge symbolisiert die Höhe der Auftragszeit. Entsprechend stellt die Größe der Trichteröffnung die Leistung dar, die bis zur maximalen Kapazität erhöht werden kann. Das Durchlaufdiagramm entsteht, indem Zugang und Abgang des Trichters gemessen und mit ihrem Arbeitsinhalt in Vorgabestunden kumuliert über der Zeit aufgetragen werden [Bech-84]. Befinden sich zu Beginn des Untersuchungszeitraums schon Aufträge am Arbeitssystem, so beginnt die Zugangskurve vertikal versetzt um den Arbeitsinhalt dieser Aufträge, den Anfangsbestand. Dadurch entspricht der vertikale Abstand zwischen der Zugangs- und der Abgangskurve stets dem aktuellen Bestand am Arbeitssystem. Der horizontale Abstand zwischen Zugangs- und Abgangskurve beschreibt die Reichweite des Arbeitssystems. Diese Kenngröße ist eng mit der Arbeitssystemdurchlaufzeit verknüpft. Sie sagt aus, wie lange der Bestand ausreicht, um das Arbeitssystem mit Arbeit zu versorgen. Falls die Aufträge in der Reihenfolge ihres Zugangs abgearbeitet werden (FIFOPrinzip), entspricht sie der Durchlaufzeit eines dem Arbeitssystem zugehenden Auftrags [Wien-97b]. Der Bestand am Ende eines bestimmten Tages Tn berechnet sich nach folgender Gleichung:

B(Tn ) = mit

Tn

Tn

= 1

= 1

∑ ZU (T ) −T∑T AB(T ) + BAnf (T1 ) T T

B(Tn) ZU(T) AB(T) BAnf(T1)

(3.18)

Bestand an Betriebskalendertag Tn [Std] Arbeitsinhalt der an Betriebskalendertag T zugehenden Aufträge [Std] Arbeitsinhalt der an Betriebskalendertag T abgehenden Aufträge [Std] Anfangsbestand zu Beginn von Betriebskalendertag T1 [Std]

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen

T1 Tn

55

erster Tag des Untersuchungszeitraums [BKT] Tag, für den der Bestand berechnet wird [BKT]

Für den mittleren Bestand im Untersuchungszeitraum gilt (vgl. [Nyhu-99]): Tn

Bm = mit

∑ B(T )

T =T1

Bm B(T) n T1 Tn

(3.19)

n mittlerer Bestand im Untersuchungszeitraum [Std] Bestand an Betriebskalendertag T [Std] Anzahl der Betriebskalendertage im Untersuchungszeitraum [-] erster Tag des Untersuchungszeitraums [BKT] letzter Tag des Untersuchungszeitraums [BKT]

Aus dem Durchlaufdiagramm kann eine Beziehung zwischen dem mittleren Bestand (vertikaler Abstand zwischen der idealisierten Zugangs- und Abgangskurve), der mittleren Reichweite und der mittleren Leistung abgeleitet werden. Aus der Trigonometrie folgt: AB B B = Lm = m bzw. Rm = m P Rm Lm mit

AB P Lm Bm Rm

(3.20)

Abgang [Std] Länge des Bezugszeitraums [BKT] mittlere Leistung [Std/BKT] mittlerer Bestand [Std] mittlere Reichweite [BKT]

Dieser Zusammenhang wird als Trichterformel bezeichnet. Danach ergibt sich die Reichweite (und damit die Durchlaufzeit) eines Arbeitssystems aus dem Verhältnis von Bestand und Leistung [Bech-84, Wien-97b, Nyhu-99]. Um die Durchlaufzeit zu reduzieren, kann eine Fertigung also entweder den Bestand verringern oder die Leistung steigern. Letzteres ist nur in Ausnahmefällen möglich, da sich die Leistung aus der Marktnachfrage bzw. aus Kapazitätsrestriktionen ableitet und sich daher nicht gut als Regelgröße für die Durchlaufzeit eignet. Umgekehrt sollte ein Unternehmen eine Steigerung der Nachfrage aber dazu nutzen, die Durchlaufzeit der Aufträge zu verringern. Damit verbleibt der Bestand als wichtigste Regelgröße für die Durchlaufzeit (vgl. Abschn. 2.2.1). Er kann entweder direkt mit einer Bestandsregelung oder indirekt über die Plan-Durchlaufzeiten der Aufträge geregelt werden. Der Bestand kann nicht beliebig weit reduziert werden, da sich ansonsten Auslastungsverluste bei Personal und Betriebsmitteln einstellen (Dilemma der Ablaufplanung). Damit stellen sich einem Unternehmen im Wesentlichen drei Aufgaben: •

Bestandsregelung: Ein Unternehmen sollte die Fähigkeit besitzen, den Bestand gezielt regeln zu können.

56

• •

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

Bestandsbewertung: Es sollte zudem wissen, welcher Bestand wirtschaftlich erreichbar ist. Dies ist z. B. über eine logistische Positionierung mit Hilfe von Produktionskennlinien möglich (vgl. Abschn. 3.2.2). Reduzierung des erforderlichen Bestandsniveaus: Ein Unternehmen sollte sich bemühen, das erforderliche Bestandsniveau schrittweise abzusenken. Dazu kann es erstens die Rüstzeiten senken, um die mittlere Auftragszeit verringern zu können. Zweitens sollte es ein Losgrößenverfahren verwenden, das die Streuung der Auftragszeiten verringert. Drittens kann es die Art des Teileflusses verbessern (vgl. Abschn. 5.3). Und viertens sollte das Unternehmen die Zuverlässigkeit der technischen Prozesse erhöhen.

Neben der Durchlaufzeit kann auch die Terminabweichung im Durchlaufdiagramm dargestellt werden. Dazu wird statt des Zugangs der Plan-Abgang kumuliert über der Zeit aufgetragen (vgl. Bild 3.10).

IFA G8928

Bild 3.10 Darstellung von Rückstand und Terminabweichung im idealisierten Durchlaufdiagramm

Die Kurve des Plan-Abgangs beginnt um den Rückstand versetzt, der zu Beginn des Untersuchungszeitraums vorliegt. Der Rückstand berechnet sich zu jedem Zeitpunkt als Differenz von Plan-Abgang und Ist-Abgang [Pete-96]: RS (t ) = ABPlan (t ) − ABIst (t ) mit

RS ABPlan ABIst

(3.21)

Rückstand [Std] Plan-Abgang [Std] Ist-Abgang [Std]

Ein positiver Rückstand bedeutet, dass die Fertigung hinter dem Plan zurückliegt. Bei einem negativen Rückstand hat die Fertigung bzw. das betrachtete Arbeitssystem mehr geleistet als geplant. Eine derartige Situation könnte auch als Vorsprung bezeichnet werden. Hierauf wird zugunsten einer einheitlichen Begriffsbildung jedoch verzichtet.

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen

57

Im Durchlaufdiagramm entspricht der vertikale Abstand zwischen Plan- und Ist-Abgangskurve zu jedem Zeitpunkt dem Rückstand der Fertigung. Der horizontale Abstand entspricht bei einer Bearbeitung der Aufträge in der Reihenfolge ihrer Dringlichkeit der Terminabweichung der Aufträge. Aus der Trigonometrie lässt sich die folgende Beziehung zwischen der Abgangsterminabweichung, dem Rückstand und der Leistung ableiten [Yu-01]:

ABIst RS m = Lm = P TAAm mit

ABIst P Lm RSm TAAm

(3.22)

Ist-Abgang [Std] Länge des Bezugszeitraums [BKT] mittlere Leistung [Std/BKT] mittlerer Rückstand [Std] mittlere (berechnete) Abgangsterminabweichung [BKT]

Folglich ergibt sich die mittlere Terminabweichung als Verhältnis von mittlerem Rückstand und mittlerer Leistung. Bei einem positiven Rückstand werden die Aufträge im Mittel also später fertig gestellt als geplant, bei einem negativen Rückstand früher. Die nach dieser Gleichung berechnete Terminabweichung ist eine mit der Auftragszeit gewichtete Größe. Sie kann von der aus Rückmeldedaten gemessenen mittleren Terminabweichung abweichen, wenn die Höhe der Terminabweichung mit der Auftragszeit der Aufträge korreliert. Dies ist z. B. der Fall, wenn stets der Auftrag mit der geringsten (bzw. höchsten) Auftragszeit als erstes abgearbeitet wird, also die KOZ- (bzw. LOZ-) Regel angewendet wird. Bei der KOZ-Regel ist die gemessene mittlere Terminabweichung tendenziell niedriger als die berechnete Terminabweichung, bei der LOZ-Regel höher. Beide Prioritätsregeln erhöhen jedoch die Streuung der Abgangsterminabweichung. Dies verringert die Termintreue der Fertigung (vgl. dazu die ausführliche Diskussion der KOZ-Regel in Abschn. 25.4). Wenn die Bearbeitungsreihenfolge und damit die Höhe der Terminabweichung nicht mit der Auftragszeit korreliert, stimmen die aus dem Rückstand berechnete und die aus den Rückmeldungen der Aufträge gemessene mittlere Terminabweichung meist gut überein. Ein positiver Rückstand entsteht jedoch, bevor die Aufträge fertig gestellt werden und die Terminabweichung gemessen werden kann. Daher eilt die aus dem Rückstand berechnete Terminabweichung der gemessenen bei einem positiven Rückstand voraus (ein sehr ähnlicher Effekt tritt auch bei der Reichweite und der (gewichteten) Durchlaufzeit auf, vgl. dazu [Wien-97b, Nyhu99]). Aus dieser Beziehung zwischen Rückstand, Terminabweichung und Leistung lassen sich die Voraussetzungen für eine hohe Termintreue ableiten. Dies ist zum einen eine rückstandsfreie Fertigung (Rückstand = 0) und zum anderen die Fertigstellung der Aufträge in der geplanten Reihenfolge. Rückstandsfreie Fertigung

Der Rückstand berechnet sich als Differenz von Plan- und Ist-Abgang. Entsprechend ist es Aufgabe der Produktionsplanung, in der Termin- und Kapazitätspla-

58

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

nung einen Plan-Abgang festzulegen, der von der Fertigung auch realistisch erreicht werden kann. Ggf. erforderliche Kapazitätserhöhungen, deren Umsetzung einen längeren Planungsvorlauf erfordert, sind rechtzeitig einzuleiten. Darüber hinaus ist eine enge Abstimmung mit dem Vertrieb erforderlich. Dies gilt besonders dann, wenn die mögliche Nachfrage einen Kapazitätsbedarf erforderte, dem auch unter Berücksichtigung der vorhandenen Kapazitätsflexibilität kein ausreichendes Kapazitätsangebot entgegengestellt werden kann. Ein redlicher Unternehmer wird in einer derartigen Situation keine Termine zusagen, von denen er weiß, dass sie nicht (bzw. nur auf Kosten anderer Aufträge) eingehalten werden können. Aufgabe der Fertigungssteuerung ist es, den Plan-Abgang auch tatsächlich zu erreichen. Tritt ein Fertigungsrückstand auf, muss die Fertigungssteuerung über eine kurzfristige Kapazitätserhöhung (z. B. durch Überstunden) versuchen, den Rückstand wieder aufzuholen. Es reicht nicht aus, den Rückstand im Mittel eines Betrachtungszeitraums auf null zu reduzieren. Dies muss vielmehr über den ganzen Untersuchungszeitraum hinweg gelingen. Ansonsten entstehen zwangsläufig Teilperioden mit positiver und andere Teilperioden mit negativer mittlerer Terminabweichung. Ursache für eine derartige Rückstandsschwankung kann eine Schwankung des Plan-Abgangs (Bild 3.11 a) oder eine Schwankung des Ist-Abgangs sein (Bild 3.11 b). Lässt sich eine derartige Schwankung nicht vermeiden, sind die Verläufe von Plan- und IstAbgang aufeinander abzustimmen (Bild 3.11 c).

IFA 10.673

Bild 3.11 Entstehung von Rückstandsschwankungen

Reihenfolgegerechte Abarbeitung

Selbst wenn eine Fertigung nicht im Rückstand ist, kann ihre Termineinhaltung mangelhaft sein. Dies ist dann der Fall, wenn sie die Aufträge nicht in der Reihenfolge ihrer Dringlichkeit abarbeitet, also die Bearbeitung dringlicher Aufträge verzögert und dafür Aufträge vorzieht, die noch nicht bearbeitet werden müssten. Dafür kann es zwingende Gründe geben (z. B. fehlende Materialverfügbarkeit). Oft sind Reihenfolgevertauschungen jedoch nicht zweckmäßig im Sinne der logistischen Prozess-Sicherheit. In vielen Unternehmen sind zwei Motive für Reihenfolgevertauschungen besonders häufig vertreten:

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen

•

•

59

vorzeitige Freigabe und Bearbeitung besonders wichtiger Aufträge: Häufig werden besonders wichtige Aufträge vorzeitig freigegeben und bearbeitet, um sie auf jeden Fall rechtzeitig fertig zu stellen. Werden die Aufträge dadurch vorzeitig fertig gestellt, ist dies zwingend damit verbunden, dass andere Aufträge später als geplant fertig gestellt werden. Diese Aussage gilt für einen Rückstand, der größer oder gleich null ist. Daher sollten selbst besonders wichtige Aufträge nicht vor dem geplanten Termin bearbeitet werden. mangelnde Zielkommunikation: In vielen Unternehmen wird die Bedeutung, die Aufträge in der geplanten Reihenfolge zu bearbeiten, nicht ausreichend kommuniziert. Zum Teil werden keine Plan-Fertigstellungstermine für Arbeitsvorgänge festgelegt, so dass ein Fertigungsmitarbeiter kaum erkennen kann, welcher von mehreren Aufträgen der dringlichste ist. Und zum anderen wird für vorgenommene Reihenfolgevertauschungen in den seltensten Fällen eine Rechtfertigung eingefordert.

Unternehmen können die Reihenfolgedisziplin messen, um eine mögliche Ursache für eine mangelnde Liefertreue zu lokalisieren und das Problem zu beheben. Abschnitt 25.5 stellt dazu geeignete Kennzahlen vor. 3.2.2 Produktionskennlinien

Produktionskennlinien stellen den Verlauf der logistischen Zielgrößen Leistung (bzw. Auslastung), Durchlaufzeit, relative Terminabweichung und Termintreue als Funktion des Bestandes dar. Im Gegensatz zum Durchlaufdiagramm ermöglichen sie so eine unmittelbare Aussage über die Höhe des angemessenen Bestandsniveaus. Die ersten Produktionskennlinien wurden simulativ ermittelt [Bech-84, Erdl-84, vonW-89]. Nyhuis ist es gelungen, mit Hilfe eines deduktiv-experimentellen Ansatzes Näherungsgleichungen für die logistischen Zielgrößen Leistung, Auslastung und Reichweite abzuleiten [Nyhu-91]. Zusammen mit Ludwig hat er zudem die Kennlinien für die Übergangs- und Durchlaufzeit entwickelt [Ludw92]. Yu hat die logistischen Kennlinien für die relative Terminabweichung und für die relative Termintreue ergänzt [Yu-01]. Im Folgenden werden der Verlauf (Abschn. 3.2.2.1) sowie die Herleitung und Berechnung (Abschn. 3.2.2.2) der Produktionskennlinien beschrieben. Abschnitt 3.2.2.3 stellt dar, wie Produktionskennlinien in der Terminierung von Aufträgen eingesetzt werden können. 3.2.2.1 Verlauf der Produktionskennlinien

Produktionskennlinien quantifizieren die wechselseitigen Abhängigkeiten zwischen den logistischen Zielgrößen. Sie stellen grundsätzlich Mittelwerte dar, von denen die Einzelwerte mehr oder weniger stark abweichen. Bezugsgröße der Kennlinien ist stets der mittlere Bestand (vgl. Bild 3.12). Die mittlere Leistung steigt zunächst proportional mit dem Bestand an (Unterlastbereich). In diesem Bestandsbereich ist das Arbeitssystem nur wenig ausgelastet. Alle zugehenden Aufträge werden unmittelbar nach dem Zugang bearbeitet (keine Warteschlangen).

60

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

IFA D3170c

Bild 3.12 Verlauf der Produktionskennlinien für ausgewählte logistische Zielgrößen (Nyhuis/Ludwig/Yu)

Mit weiter zunehmendem Bestand beginnen die Aufträge, um die Ressource zu konkurrieren. Es bildet sich eine Warteschlange und damit ein Pufferbestand. Die mittlere Leistung nimmt im Übergangsbereich nur noch degressiv zu. Eine weitere Bestandserhöhung über den Übergangsbereich hinaus vermag die mittlere Leistung nur noch unwesentlich zu steigern. Diese nähert sich langsam der maximal möglichen Leistung an (Überlastbereich). Die Kennlinie der mittleren Reichweite ergibt sich unmittelbar aus der Trichterformel als Verhältnis von Bestand und Leistung. Im Unterlastbereich werden die Aufträge direkt nach dem Zugang zum Arbeitssystem bearbeitet. Die mittlere Reichweite entspricht hier der Mindestreichweite und ergibt sich aus den Durchführungszeiten der Aufträge. Mit steigendem Bestand müssen die Aufträge zunehmend warten, bis andere Aufträge abgearbeitet werden (Übergangsbereich). Die mittlere Reichweite steigt zunächst aber noch unterproportional zum Bestand an. Erst im Überlastbereich nimmt die mittlere Reichweite bei annähernd konstanter Leistung dann nahezu proportional zum Bestand zu. Die Kennlinie der mittleren Durchlaufzeit verläuft parallel zur Reichweitenkennlinie, bei streuenden Auftragszeiten nach unten zu kleineren Werten hin versetzt. Sie gilt unter der Voraussetzung, dass die Bearbeitungsreihenfolge der Aufträge nicht von der Auftragszeit abhängt (vgl. dazu [Nyhu-99]). Zudem eilt die berechnete Durchlaufzeit der gemessenen Durchlaufzeit zeitlich voraus (vgl. dazu [Wien-97b, Nyhu-99]). Der Abstand zwischen der Reichweiten- und der Durchlaufzeitkennlinie verdeutlicht, dass die Reichweite eine (mit der Auftragszeit) gewichtete Größe ist. Aufträge mit hohen Auftragszeiten erhalten ein höheres Gewicht als kleine Aufträge; gleichzeitig bleiben sie wegen der höheren Durchfüh-

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen

61

rungszeit länger im Bestand. Entsprechend ist der Abstand zwischen der Reichweiten- und der Durchlaufzeitkennlinie besonders ausgeprägt, wenn die Auftragszeiten stark streuen. Die Kennlinie der mittleren Übergangszeit verläuft wiederum parallel zur Durchlaufzeitkennlinie, um die mittlere Durchführungszeit nach unten zu kleineren Werten hin versetzt. Im Unterlastbereich entspricht die Übergangszeit der Mindestübergangszeit. Diese wird durch die erforderliche Transportzeit bzw. durch technische Nachliegezeiten bestimmt. Sie kann häufig vernachlässigt werden; dann ist die Übergangszeit im Unterlastbereich gleich null. Im Übergangsund Überlastbereich nimmt die mittlere Übergangszeit annähernd proportional zum mittleren Bestand zu. Es entstehen zunehmend längere Wartezeiten. Auch die Kennlinie der mittleren relativen Terminabweichung verläuft parallel zur Reichweitenkennlinie. Sie schneidet die Bestandsachse beim Plan-Bestand, der sich aus den Plan-Durchlaufzeiten der Arbeitsvorgänge ergibt. Unterhalb des Plan-Bestands ist die relative Terminabweichung negativ, das heißt die Aufträge werden schneller bearbeitet als geplant. Entsprechend wird der Auftragsdurchlauf oberhalb des Plan-Bestands verzögert (TARm > 0). Eng mit der relativen Terminabweichung verbunden ist die relative Termintreue. Sie berechnet sich als prozentualer Anteil der Aufträge, deren Durchlaufzeit von der Plan-Durchlaufzeit höchstens um einen durch die Termintoleranz definierten Wert abweicht [Yu-01]. Gehen alle Aufträge dem Arbeitssystem zum geplanten Zeitpunkt zu, dann entspricht die relative Termintreue gleichzeitig der Termintreue im Abgang des Arbeitssystems. Die relative Termintreue steigt bis zum Plan-Bestand auf die praktisch maximale relative Termintreue an (Bild 3.13 a).

IFA G9607

Bild 3.13 Kennlinien für die relative Termintreue und für die Termintreue im Abgang

62

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

Die praktisch maximale Termintreue bezeichnet die relative Termintreue, die bei gegebener Termintoleranz und Durchlaufzeitstreuung nicht überschritten werden kann. Mit weiter steigendem Bestand geht die Termintreue wieder zurück. Die Berechnung der Kennlinie für die relative Termintreue basiert auf der Durchlaufzeitverteilung des Arbeitssystems. Ist die Streuung der Durchlaufzeit null, gilt die in Bild 3.13 a ebenfalls eingezeichnete ideale Kennlinie. Überschreitet die Durchlaufzeitspannweite die Termintoleranz, kann die Termintreue auch dann nicht 100% erreichen, wenn der Ist-Bestand gleich dem Plan-Bestand ist. Daher ist der Maximalwert der realen Terminkennlinie in der Regel geringer als 100%. Bei der Interpretation der Kennlinie der relativen Termintreue ist zu berücksichtigen, dass die Streuung der Durchlaufzeit auch durch eine Anwendung der Schlupfzeitregel erhöht werden kann. Wird ein verspätet zugegangener Auftrag beschleunigt abgearbeitet, um eine planmäßige Fertigstellung des Auftrags zu ermöglichen, erhöht dies die Termintreue im Abgang. Die relative Termintreue sinkt jedoch. Es bietet sich daher an, zusätzlich zur relativen Termintreue auch die Termintreue im Abgang der Fertigung (bzw. eines Arbeitssystems) als Kennlinie darzustellen. Bild 3.13 b zeigt dazu einen Vorschlag, der auf theoretischen Überlegungen beruht und noch durch Simulationsversuche zu validieren ist. Vorgehensweise und Darstellungsform gleichen weitestgehend denen bei der relativen Termintreue. Die Termintreuekennlinie zeigt den Verlauf der Termintreue über dem mittleren Rückstand. Bei einem mittleren Rückstand von null Stunden beträgt die mittlere Abgangsterminabweichung null Betriebskalendertage. Unter der Voraussetzung einer symmetrischen Termintoleranz und einer ebenfalls symmetrischen Verteilung der Abgangsterminabweichung erreicht die Termintreue daher hier ihren Höchstwert. Wenn die Spannweite der Abgangsterminabweichung die Termintoleranz überschreitet, kann eine Termintreue von 100% nicht erreicht werden. Die praktisch maximale Termintreue nimmt dann einen Wert von kleiner als 100% an. Die ideale Kennlinie ergibt sich – ebenfalls in Analogie zur Kennlinie der relativen Termintreue – aus der Annahme, dass die Streuung der Abgangsterminabweichung null ist. Insbesondere die Voraussetzungen der Symmetrie der Termintoleranz und der Verteilung der Abgangsterminabweichung sind in der Praxis häufig nicht gegeben. In beiden Fällen wird der Maximalwert der Termintreue dann nicht bei einem Rückstand von null Stunden erreicht. Die Kennlinienverläufe für Leistung und Durchlaufzeit gelten unter der Voraussetzung, dass der gesamte Bestand eines Arbeitssystems auch tatsächlich bearbeitet werden könnte. Ist ein Teil des Arbeitssystembestandes blockiert, d. h. für die Bearbeitung gesperrt, resultiert ein flacherer Kennlinienverlauf (vgl. Bild 3.14). Ein Arbeitssystem erreicht eine bestimmte Leistung dann erst bei einem höheren mittleren Bestand. Gründe für blockierte Bestände sind z. B. fehlendes Material oder fehlende Werkzeuge. Für die Bewertung von Fertigungssteuerungsverfahren bedeutsamer sind die blockierten Bestände, die aus der Fertigungssteuerung resultieren.

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen

63

IFA G9555b

Bild 3.14 Auswirkung blockierter Bestände auf den Kennlinienverlauf

Dezentrale Fertigungssteuerungsverfahren verhindern über die Blockade von Aufträgen, dass ein Arbeitssystem mehr produziert, als es die Kapazität der nachfolgenden Arbeitssysteme zulässt. Blockierte Bestände sind damit ein prinzipbedingter Nachteil einer dezentralen Bestandsregelung gegenüber einer zentralen Bestandsregelung. Sie können auch dann entstehen, wenn ein Arbeitssystem Aufträge erst nach Überschreiten eines Freigabetermins bearbeiten darf. Der grundsätzliche Verlauf der Produktionskennlinien ist unabhängig vom spezifischen Arbeitssystem. Lediglich die Skalierung der Achsen unterscheidet sich. Entsprechend bietet es sich an, die Produktionskennlinien zu normieren, um allgemein gültige Produktionskennlinien zu gewinnen. Dazu werden die Zielgrößen Bestand, Leistung und Durchlaufzeit auf einen Referenzwert bezogen. Referenzwert für die Leistung eines Arbeitssystems ist dessen maximal mögliche Leistung; als normierte Zielgröße ergibt sich die Auslastung des Arbeitssystems. Der mittlere Bestand eines Arbeitssystems wird auf dessen idealen Mindestbestand bezogen. Dies ist eine Kenngröße aus der Berechnung von Produktionskennlinien, die dem mittleren Bestand eines idealen Produktionsprozesses entspricht (vgl. dazu Abschn. 3.2.2.2). Die resultierende normierte Bestandskenngröße ist der relative Bestand [Nyhu-99]:

Brel = mit

Bm ⋅ 100 BI min

Brel Bm BImin

relativer Bestand [%] mittlerer Bestand [Std] idealer Mindestbestand [Std]

(3.23)

64

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

Der ungewichtete Flussgrad ist die normierte Durchlaufzeitgröße. (vgl. Gl. 3.17). Sie bezieht die mittlere Durchlaufzeit auf die mittlere Durchführungszeit. Die normierten Produktionskennlinien stellen den Verlauf von Auslastung und Flussgrad über dem relativen Bestand dar (vgl. Bild 3.15).

IFA D3877

Bild 3.15 Normierte Produktionskennlinien (Nyhuis)

Der grundsätzliche Kennlinienverlauf unterscheidet sich nicht von dem der arbeitssystemspezifischen Kenngrößen. Die Auslastung steigt wie die Leistung zunächst proportional und dann nur noch degressiv mit dem relativen Bestand an. Im Überlastbereich nähert sich die Kennlinie der maximalen Auslastung von 100%. Die Kennlinie des ungewichteten Flussgrads verläuft bei sehr niedrigen relativen Beständen parallel zur Bestandsachse und nimmt einen Wert von eins (Durchlaufzeit = Durchführungs- bzw. Mindestdurchlaufzeit) an. Bei höheren Beständen nimmt der ungewichtete Flussgrad nahezu linear mit dem relativen Bestand zu. Die Steigung der Kennlinie ist umso höher, je höher der Variationskoeffizient der Auftragszeit ist. Dagegen ist der Verlauf der Kennlinie des gewichteten Flussgrads unabhängig von der Auftragszeitstreuung. Bei gleichen Auftragszeiten fallen die Kennlinien des gewichteten und des ungewichteten Flussgrads zusammen [Nyhu99]. Aufschlussreich ist der Vergleich der Auslastungs- und der Flussgradkennlinie. Um eine hohe Auslastung zu erreichen, sind Durchlaufzeiten einzuplanen, die dem drei- bis fünffachen der mittleren Durchführungszeit entsprechen. 3.2.2.2 Herleitung und Berechnung der Produktionskennlinien

Die Berechnung der Produktionskennlinien geht auf Nyhuis zurück [Nyhu-91]. Grundlage der Berechnungsgleichung ist die Definition eines idealen Produktionsprozesses. Für diesen können ideale Produktionskennlinien abgeleitet werden,

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen

65

die wiederum als Basis für die Annäherung der realen Produktionskennlinien mit Hilfe der C-Norm-Funktion dienen. Ableitung idealer Produktionskennlinien

Von Wedemeyer definiert einen idealen Produktionsprozess, der durch folgende Bedingungen gekennzeichnet ist [vonW-89, Nyhu-99]:

• •

Es befindet sich zu jedem Zeitpunkt genau ein Auftrag an jedem Arbeitssystem. Ein Auftrag wird unmittelbar nach seinem Zugang bearbeitet. Bild 3.16 bildet das Durchlaufdiagramm dieses Idealprozesses ab.

IFA D 3644c

Bild 3.16 Darstellung des idealen Produktionsprozesses im Durchlaufdiagramm (Nyhuis)

66

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

Im idealen Produktionsprozess muss also weder ein Arbeitssystem auf einen Auftrag warten (Auslastung = 100%) noch ein Auftrag auf die Abarbeitung eines anderen Auftrags (Übergangszeit = 0 bzw. Durchlaufzeit = Durchführungszeit). Vereinfachend wird die Zeitachse in Vorgabestunden angegeben. Bei gleicher Achsenskalierung werden die Durchlaufelemente der Aufträge daher als Quadrate dargestellt. Der mittlere Bestand des idealen Produktionsprozesses wird als idealer Mindestbestand des Arbeitssystems bezeichnet. Er ist der wichtigste Parameter der Produktionskennlinien und berechnet sich zu [Nyhu-91]: n

BI min =

(ZAU i ⋅ ZAU i ) ∑ i =1 n

∑ ZAU i

= ZAU m +

ZAU s2 ZAU m

(3.24)

i =1

mit

BImin ZAUi n ZAUm ZAUs

idealer Mindestbestand [Std] Auftragszeit des Arbeitsvorgangs i [Std] Anzahl der Arbeitsvorgänge [-] mittlere Auftragszeit [Std] Standardabweichung der Auftragszeit [Std]

Besteht ein Arbeitssystem aus mehreren Arbeitsplätzen, addieren sich die idealen Mindestbestände [Nyhu-99].

BI min =

AAP

∑ BI

min, i

(3.25)

i =1

mit

BImin BImin,i AAP

idealer Mindestbestand [Std] idealer Mindestbestand des Einzelarbeitssystems i [Std] Anzahl Arbeitsplätze [-]

Dürfen Mindestübergangszeiten, z. B. für den Transport zum Arbeitssystem, nicht vernachlässigt werden, erweitert sich der ideale Mindestbestand um die Mindestübergangszeit, die für diesen Zweck ausnahmsweise in Stunden gemessen wird (vgl. [Nyhu-99]).

BI min = ZAU m + mit

BImin ZAUm ZAUs ZUEmin

ZAU s2 + ZUEmin ZAU m

(3.26)

idealer Mindestbestand [Std] mittlere Auftragszeit [Std] Standardabweichung der Auftragszeit [Std] Mindestübergangszeit [Std]

Aus dem Idealprozess lassen sich ideale Produktionskennlinien ableiten (vgl. Bild 3.17, [vonW-89, Nyhu-91]). Dazu wird gedanklich der Bestand des idealen Produktionsprozesses variiert. Beim idealen Mindestbestand erreicht die Leistung

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen

67

des Arbeitssystems die maximal mögliche Leistung. Das Arbeitssystem ist vollständig ausgelastet.

D2613a

Bild 3.17 Konstruktion der idealen Leistungs- und Reichweitenkennlinien (Nyhuis/Wiendahl)

Eine Erhöhung des Bestands über den idealen Mindestbestand hinaus bewirkt keine Leistungssteigerung. Die ideale Leistungskennlinie verläuft parallel zur Bestandsachse (Sättigungsbereich). Dagegen ist eine Verringerung des Bestandes unter den idealen Mindestbestand unweigerlich mit Auslastungsverlusten verbunden. Die Leistung des Arbeitssystems reduziert sich proportional mit dem Bestand (Proportionalbereich der Kennlinie). Die Reichweitenkennlinie ergibt sich unmittelbar aus der Anwendung der Trichterformel. Im Proportionalbereich ist das Verhältnis von Bestand und Leistung konstant, die ideale Reichweitenkennlinie verläuft daher parallel zur Bestandsachse. Dagegen nimmt die Leistung im Sättigungsbereich nicht mehr zu. Entsprechend steigt die Kennlinie der idealen Reichweite proportional zum Bestand an. Nyhuis leitet weiterhin ideale Produktionskennlinien für die Zielgrößen Durchlaufzeit und Übergangszeit ab [Nyhu-99]. Die idealen Produktionskennlinien geben bereits den grundsätzlichen Verlauf der realen Produktionskennlinien vor. Annäherung realer Produktionskennlinien

Die Annahmen des idealen Produktionsprozesses sind natürlich nicht praxisgerecht. Allein die Streuung der Auftragszeiten verhindert, dass die Aufträge an mehreren aufeinander folgenden Arbeitssystemen immer genau zu dem Zeitpunkt

68

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

eintreffen können, zu dem die Bearbeitung des vorherigen Auftrags gerade abgeschlossen wird. Des Weiteren lehrt die Erfahrung, dass Plan-Vorgaben von der Produktion nicht minutengenau umgesetzt werden können. Dies würde in einem derartigen idealen Produktionsprozess aber vorausgesetzt. In der Praxis ist daher zusätzlich zum Bearbeitungsbestand ein Pufferbestand erforderlich, um die Auslastung der Arbeitssysteme zu sichern. Insbesondere im Abknickbereich weichen die realen Produktionskennlinien von den idealen Kennlinien ab (vgl. Bild 3.18). Bei sehr niedrigen und bei hohen Beständen stimmen die realen und die idealen Produktionskennlinien dagegen gut überein.

IFA G3170

Bild 3.18 Zusammenhänge zwischen ausgewählten Zeitgrößen bei auftragszeitunabhängigen Reihenfolgeregeln (Nyhuis / Ludwig / Wiendahl)

Nyhuis hat eine – auf der C-Norm-Funktion basierende – Näherungsgleichung für die reale Leistungskennlinie entwickelt. Sie gilt zwar nicht exakt, bildet die Realität jedoch in ausreichender Näherung ab. Diese Näherungsgleichung wird mit Erfolg sowohl von Industrieunternehmen als auch in der Verfahrensentwicklung angewendet. Sie kann bisher nur in impliziter Schreibweise angegeben werden [Nyhu-99]. ⎛ L L Bm (Lm ) = BI min ⋅ m + BI min ⋅α 1 ⋅ ⎜ 1 − 4 1 − m ⎜ Lmax Lmax ⎝

mit

Bm BImin Lm Lmax α1

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

4

mittlerer Bestand [Std] idealer Mindestbestand [Std] mittlere Leistung [Std/BKT] maximal mögliche Leistung [Std/BKT] Streckfaktor [-]

(3.27)

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen

69

Der erste Summand der Näherungsgleichung entspricht dem Bearbeitungsbestand und stimmt mit der idealen Leistungskennlinie überein. Er nimmt proportional mit der Auslastung als Verhältnis von mittlerer und maximal möglicher Leistung zu. Der zweite Summand berechnet den erforderlichen Pufferbestand. Er wird von drei Einflussparametern bestimmt. Erstens steigt der erforderliche Pufferbestand proportional mit dem idealen Mindestbestand an. Dieser beeinflusst damit beide Bestandteile des Arbeitssystembestands wesentlich mit. Zweitens nimmt der erforderliche Pufferbestand überproportional mit der Auslastung zu. Die Inkaufnahme geringer Auslastungsverluste ermöglicht daher erhebliche Bestandsreduzierungen [Nyhu-99]. Drittens wird der Verlauf der angenäherten Leistungskennlinie vom empirischen Streckfaktor α1 bestimmt. Für Werkstattfertigungen hat sich ein Streckfaktor von α1 = 10 bewährt [Nyhu-99]. Der Streckfaktor (und damit der erforderliche Pufferbestand) kann von der Fertigungssteuerung beeinflusst werden. Er wird umso kleiner, je besser Zugang und Abgang eines Arbeitssystems aufeinander abgestimmt werden. Eine hohe Kapazitätsflexibilität und die Möglichkeit, Aufträge zu verschieben (Belastungsflexibilität), wirken daher positiv auf das logistische Potenzial einer Fertigung [Nyhu-99]. Des Weiteren reduziert sich der erforderliche Pufferbestand, wenn mehrere Einzelarbeitssysteme auf eine gemeinsame Warteschlange zugreifen [Nyhu-99]. Die Reichweitenkennlinie ergibt sich auch hier unmittelbar aus der Leistungskennlinie und der Trichterformel. Dazu wird für jeden Punkt der Leistungskennlinie das Verhältnis aus mittlerem Bestand und mittlerer Leistung gebildet und über dem mittleren Bestand aufgetragen. Aus der Reichweitenkennlinie kann die Durchlaufzeitkennlinie abgeleitet werden [Nyhu-99]:

ZDLm = Rm − ZDFm ⋅ ZDFv2 mit

ZDLm Rm ZDFm ZDFv

(3.28)

mittlere Durchlaufzeit [BKT] mittlere Reichweite [BKT] mittlere Durchführungszeit [BKT] Variationskoeffizient der Durchführungszeit [-]

Der Unterschied zwischen der Reichweite und der Durchlaufzeit nimmt folglich mit dem Mittelwert und der Streuung der Durchführungszeiten zu. Bei gleichen Durchführungszeiten (ZDFv = 0) unterscheiden sich die Mittelwerte von Reichweite und Durchlaufzeit nicht. Die Kennlinie für die mittlere Übergangszeit ergibt sich unmittelbar aus der Durchlaufzeitkennlinie und Gl. 3.16:

ZUEm = ZDLm − ZDFm mit

ZUEm ZDLm ZDFm

mittlere Übergangszeit [BKT] mittlere Durchlaufzeit [BKT] mittlere Durchführungszeit [BKT]

(3.29)

70

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

Gl. 3.28 gilt unter der Voraussetzung, dass die Bearbeitungsreihenfolge nicht von der Auftragszeit abhängt, also nicht Aufträge mit großen (bzw. kleinen) Auftragszeiten bevorzugt abgearbeitet werden. Aus der Durchlaufzeitkennlinie kann weiterhin die Kennlinie der relativen Terminabweichung abgeleitet werden. Dazu wird nach Gl. 2.10 von der IstDurchlaufzeit lediglich die mittlere Plan-Durchlaufzeit subtrahiert [Yu-01]:

TARm = ZDLm − ZDLm, Plan mit

TARm ZDLm ZDLm,Plan

(3.30)

mittlere relative Terminabweichung [BKT] mittlere (Ist-)Durchlaufzeit [BKT] mittlere Plan-Durchlaufzeit [BKT]

3.2.2.3 Anwendung von Produktionskennlinien zur Bestimmung von Plan-Durchlaufzeiten

Ein sehr wichtiger Parameter vieler Fertigungssteuerungsverfahren ist die PlanDurchlaufzeit von Aufträgen. Wegen dieser herausragenden Bedeutung von PlanDurchlaufzeiten und weil die Produktionskennlinien eine Schlüsselrolle bei ihrer Berechnung spielen, wird an dieser Stelle die von Ludwig und Nyhuis entwickelte Flussgradorientierte Terminierung [Ludw-92, Ludw-95] behandelt. Das Terminierungsverfahren wird in den folgenden Kapiteln zur Festlegung der Verfahrensparameter eingesetzt. Es bestimmt die Auftragsdurchlaufzeiten im Rahmen einer logistischen Positionierung mit Hilfe von Produktionskennlinien. Bild 3.19 stellt die Funktionsweise der Flussgradorientierten Terminierung dar. Die Flussgradorientierte Terminierung bestimmt die Auftragsdurchlaufzeit als Summe der Arbeitsvorgangsdurchlaufzeiten. Die jeweilige Arbeitsvorgangsdurchlaufzeit wird wiederum aus einer arbeitssystemspezifischen Übergangszeit und einer arbeitsvorgangsspezifischen Durchführungszeit berechnet. Hauptbestandteil des Verfahrens ist die Ableitung der Plan-Übergangszeit aus einer logistischen Positionierung mit Hilfe der Produktionskennlinien der Arbeitssysteme. Das genaue Vorgehen wird im Folgenden anhand eines durchgängigen Beispiels erläutert. Das Beispiel gliedert sich in die Berechnung der Produktionskennlinien, die logistische Positionierung und schließlich in die Berechnung der Auftragsdurchlaufzeit. Berechnung der Produktionskennlinien

Die Berechnung der Produktionskennlinien wird am fiktiven Beispiel einer Drehmaschine erläutert. Sie soll im Planungszeitraum die folgenden 30 Aufträge fertigen (Tabelle 3.1).

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen

IFA G1874

Bild 3.19 Flussgradorientierte Terminierung (Ludwig/Nyhuis)

Tabelle 3.1 Liste der im Planungszeitraum zu fertigenden Aufträge Nr.

ZAU

Nr.

1 2

2 4

7 8

3

1

4 5 6

Nr.

ZAU

Nr.

ZAU

Nr.

4 8

13 14

7 11

19 20

12 3

25 26

4 2

9

11

15

3

21

1

27

11

6

10

1

16

5

22

4

28

9

5

11

9

17

5

23

1

29

2

3

12

5

18

8

24

10

30

1

ZAU: Auftragszeit

ZAU

ZAU

71

72

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

Für den idealen Mindestbestand des Arbeitssystems gilt nach Gl. 3.24: 30

BI min =

ZAU i2 ∑ i =1 30

∑ ZAU i

=

4 + 16 + ... + 1 = 7 ,5 Std 2 + 4 + ... + 1

(3.31)

i =1

mit

BImin ZAUi

idealer Mindestbestand [Std] Auftragszeit des Arbeitsvorgangs i [Std]

Die Drehmaschine werde einschichtig (8 Std/BKT) betrieben. Störungen seien vernachlässigbar. Entsprechend beträgt die maximal mögliche Leistung 8 Std/BKT. Diese Parameter reichen aus, um mit Gl. 3.27 den Verlauf der Leistungskennlinie zu bestimmen (Bild 3.20).

IFA 10.945

Bild 3.20 Berechnung der Produktionskennlinien

3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen

73

Dazu wird die Leistung (bzw. die Auslastung) variiert, um Stützpunkte für die Abbildung der Kennlinie zu gewinnen. Aus der Leistungskennlinie lassen sich dann mit den Gln. 3.20 (Reichweite), 3.28 (Durchlaufzeit) und 3.29 (Übergangszeit) die Kennlinien für die Durchlaufzeitgrößen ableiten. Ausführlicher wird die Berechnung der Produktionskennlinien von Nyhuis und Wiendahl erläutert [Nyhu-99]. Praxisuntersuchungen zeigen, dass sich die idealen Mindestbestände an den Arbeitssystemen im Zeitverlauf häufig nur unwesentlich ändern, weil sich das Auftragsspektrum zwar in der Zusammensetzung, kaum aber hinsichtlich des Mittelwertes und der Streuung der Auftragszeiten ändert [Nyhu99]. Ist dies der Fall, kann der ideale Mindestbestand einem Arbeitssystem als fester Wert hinterlegt werden, der in geeigneten Abständen aktualisiert wird. Ein solches Vorgehen hat den Vorteil, dass die statistischen Kennzahlen auf Grundlage einer höheren Anzahl von Einzelwerten bestimmt werden können. Logistische Positionierung

Mit der logistischen Positionierung legt ein Unternehmen den Plan-Bestand eines Arbeitssystems fest. Dieser von Wiendahl geprägte Begriff löst das von Gutenberg formulierte Dilemma der Fertigungssteuerung auf. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass es weder theoretisch noch praktisch möglich ist, eine einzige praxisrelevante Optimierungsgröße zu definieren. Ziel ist es, ausgehend von einer strategisch wichtigen primären Zielgröße (z. B. Durchlaufzeit) einen konsistenten Wert für die übrigen Zielgrößen zu finden. Bild 3.21 zeigt drei mögliche Positionierungen für das Arbeitssystem, in diesem Fall also für die betrachtete Drehmaschine.

IFA 10.946

Bild 3.21 Logistische Positionierungsalternativen für ein Arbeitssystem (Beispiel)

Position 1 befindet sich im Unterlastbereich der Produktionskennlinie. Entsprechend wird nur eine geringe Auslastung erreicht (ca. 50%). Dafür sind Übergangsund Durchlaufzeit des Arbeitssystems sehr niedrig. Eine solche Positionierung kann gewählt werden, wenn:

74

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

1. das Arbeitssystem nicht kapazitätskritisch ist. 2. die Kosten für Auslastungsverluste, insbesondere für auf Arbeit wartendes Personal, gering sind im Vergleich zu den Vorteilen, die sich aus den kurzen Durchlaufzeiten ergeben. In der Praxis wird eine Positionierung im Unterlastbereich zum Teil für nur sporadisch genutzte Arbeitssysteme gewählt, denen im Bedarfsfall flexibel Personal zugeordnet werden kann. Position 2 liegt im Übergangsbereich der Produktionskennlinien. Sie ist gekennzeichnet durch eine hohe Auslastung (98%) und moderate Durchlauf- bzw. Übergangszeiten (ZDLm = 2,25 BKT ; ZUEm= 1,5 BKT). Eine solche Positionierung ist typisch für Arbeitssysteme mit fest zugeordnetem Personal. Sie soll im Beispiel für die Drehmaschine gewählt werden. Charakteristisch für Position 3 sind die Vollauslastung und die hohen Durchlauf- und Übergangszeiten. Eine solche Positionierung wird bewusst nur gewählt, wenn das Arbeitssystem Durchsatzengpass der Fertigung ist und die Fertigung insgesamt an ihrer Kapazitätsgrenze arbeitet. Viele Unternehmen positionieren sich jedoch unbewusst im Überlastbereich: Sie kennen den Verlauf der Produktionskennlinien nicht und versehen die Plan-Durchlaufzeiten daher mit einem hohen Sicherheitsfaktor, um Auslastungsverluste zu vermeiden. Als Folge entstehen überhöhte Durchlaufzeiten und Bestände, häufig auch an Nicht-Engpässen. Berechnung der Auftragsdurchlaufzeiten

Sind für alle Arbeitssysteme die Plan-Übergangszeiten und die Plan-Leistung ermittelt worden, können die Aufträge terminiert werden. Das Vorgehen zeigt Tabelle 3.2 am Beispiel von Auftrag 4, der im zweiten Arbeitsvorgang an der Drehmaschine bearbeitet wird. Tabelle 3.2 Exemplarische Berechnung der Arbeitsvorgangs- und Auftragsdurchlaufzeiten Daten Auftrag 4

Arbeitssystemdaten

AVG

AS

ZAU

ZDFPlan

ZUEPlan

ZDLPlan

AS

Lmax

ZUEPlan

[-]

[-]

[Std]

[BKT]

[BKT]

[BKT]

[-]

[Std/BKT]

[BKT]

1 2 3 4 Summe

1 3 2 4

2 6 4 2 14

0,25 0,75 0,50 0,25 1,75

1,0 1,5 1,0 1,0 4,5

1,25 2,25 1,50 1,25 6,25

1 2 3 4

8 8 8 8

1,0 1,0 1,5 1,0

AVG ZAU ZUEPlan Lmax

: : : :

Arbeitsvorgang Auftragszeit Plan-Übergangszeit maximal mögliche Leistung

AS ZDFPlan ZDLPlan ZUEm

: : : :

Arbeitssystem Plan-Durchführungszeit Plan-Durchlaufzeit mittlere Übergangszeit

Die Durchführungszeiten berechnen sich nach Gl. 3.14 als Quotient von Auftragszeit (für Arbeitsvorgang 1: 2 Std) und maximal möglicher Leistung des Arbeitssystems (für Arbeitssystem 1: 8 Std/BKT). Die Übergangszeiten werden aus den Arbeitssystemdaten übernommen, so dass die Durchlaufzeiten der Arbeitssys-

3.3 Folgerungen aus der Modellierung

75

teme berechnet werden können. Die Durchlaufzeit des Auftrags (hier: 6,25 BKT) ergibt sich schließlich als Summe der Arbeitsvorgangsdurchlaufzeiten.

3.3 Folgerungen aus der Modellierung In den vorhergehenden Abschnitten wurden die logistischen Zielgrößen quantitativ modelliert. Ziel des folgenden Abschnitts ist es zum einen, die Einflussgrößen auf die externen logistischen Zielgrößen qualitativ im Gesamtüberblick darzustellen (Abschn. 3.3.1). Zum anderen werden aus der Modellierung Leitsätze für die Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren (Abschn. 3.3.2) abgeleitet. 3.3.1 Wirkzusammenhänge zwischen den logistischen Zielgrößen

Im Folgenden werden die Wirkzusammenhänge zwischen den logistischen Zielgrößen für die Liefertreue (als umfassendste terminliche Zielgröße), die Lieferzeit und den Servicegrad im Überblick dargestellt. Diese Zielgrößen bilden die externe Logistikleistung ab (vgl. Bild 2.1). Für die externen Logistikkosten lassen sich die Zusammenhänge in vergleichbarer Form aufgrund der vielfältigen Einflüsse auf die Preisbildung kaum darstellen. Liefertreue

Bild 3.22 zeigt die Einflussgrößen auf die Liefertreue. Wichtigste Einflussgrößen sind Mittelwert und Streuung der Lieferterminabweichung. Des Weiteren bestimmt die mit dem Kunden vereinbarte Liefertermintoleranz die berechnete Liefertreue.

IFA 10.683

Bild 3.22 Einflussgrößen der Liefertreue

76

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

Mittelwert und Streuung der Lieferterminabweichung ergeben sich, ggf. gedämpft durch einen unternehmensinternen Lieferzeitpuffer, aus dem Mittelwert und der Streuung der Abgangsterminabweichung. Die mittlere Abgangsterminabweichung berechnet sich als Quotient aus Rückstand und Leistung. Der Rückstand ergibt sich wiederum als Differenz von Planund Ist-Abgang. Aufgabe der Produktionsplanung ist es daher, einen realistischen Plan-Abgang vorzugeben. Die Fertigungssteuerung versucht demgegenüber, die tatsächliche Leistung an den Plan-Abgang anzupassen. Bei einem Rückstand wirkt sich eine Leistungssteigerung zweifach positiv auf die Abgangsterminabweichung aus. Zum einen verringert sie den Rückstand direkt, zum anderen verkürzt die erhöhte Leistung die Terminabweichung, die sich aus einem bestimmten Rückstand ergibt. Um die Plan-Leistung erreichen zu können, muss einerseits die erforderliche Personal- und Betriebsmittelkapazität bereitgestellt werden. Andererseits ist ein ausreichender Bestand einzuplanen, so dass Materialflussabrisse an den (Engpass-)Arbeitssystemen vermieden werden. Die Streuung der Abgangsterminabweichung resultiert aus Reihenfolgevertauschungen oder aus einer Rückstandsschwankung, ggf. auch aus beiden Ursachen gleichzeitig. Die Einflussgrößen der Rückstandsschwankung verdeutlichen, dass es nicht ausreicht, den Rückstand im Mittel eines Planungszeitraums auf null zu reduzieren. Vielmehr darf er über den gesamten Zeitraum keinen positiven Wert annehmen, weil sonst Verspätungen eintreten. Reihenfolgevertauschungen können entweder im Zugang oder während des Auftragsdurchlaufs entstehen. Im Zugang können sie mit Hilfe einer Verteilung der Zugangsterminabweichung analysiert werden. Gründe für einen verspäteten Auftragszugang sind z. B. fehlendes Material oder fehlende Werkzeuge. Häufig ist es dann sinnvoll, einen anderen Auftrag vorzeitig freizugeben, um die verplante Kapazität nutzen zu können. Reihenfolgevertauschungen im Zugang können weiterhin aus dem Versuch entstehen, einen Belastungsabgleich durchzuführen. Reihenfolgevertauschungen im Auftragsdurchlauf entstehen, wenn ein Mitarbeiter die Aufträge nicht in der Reihenfolge ihrer terminlichen Dringlichkeit, sondern nach einem anderen Kriterium abarbeitet, wie z. B. einer Rüstzeiteinsparung. Dies ist in vielen Unternehmen eine weit verbreitete Praxis. Eine wichtige Voraussetzung für eine hohe Liefertermineinhaltung ist es daher, Zielvorgaben für die Reihenfolgedisziplin zu setzen und diese zu messen (vgl. dazu Kap. 25). Lieferzeit

Bild 3.23 zeigt die Einflussgrößen der logistischen Zielgröße Lieferzeit. Detailliert ausgeführt sind wegen ihres engen Bezugs zur Fertigungssteuerung die Durchlaufzeit und die Belastungsverschiebung. Die mittlere Durchlaufzeit ergibt sich aus dem Verhältnis von Bestand und Leistung. Der Bestand berechnet sich als Differenz von kumuliertem Zugang und Abgang. Die Leistung wird durch die Kapazität und den Bestand bestimmt (ohne Bestand kann das Arbeitssystem die Kapazität nicht in Leistung umsetzen). Da die Leistung den Abgang des Arbeitssystems festlegt, beeinflussen sich Leistung und Bestand gegenseitig. Die Belastungsverschiebung wird vom Verhältnis der Kapazitätsbedarfsspitzen und der Kapazitätsflexibilität sowie von ihrer Abstimmung bestimmt. Je nachdem,

3.3 Folgerungen aus der Modellierung

77

ob die Durchlaufzeit oder die Belastungsverschiebung die Lieferzeit dominieren, liegt der Schlüssel für kürzere Lieferzeiten in einer Durchlaufzeitreduzierung oder in einer Erhöhung der Kapazität bzw. der Kapazitätsflexibilität.

IFA 10.685

Bild 3.23 Einflussgrößen der Lieferzeit

Servicegrad

Bild 3.24 zeigt die Einflussgrößen des Servicegrads. Dies sind zum einen die positiven Bedarfsabweichungen in einem Wiederbeschaffungszyklus, die aus einer verspäteten Lieferung oder einem erhöhten Bedarf entstehen können. Zum anderen beeinflussen die maximale Unterlieferung und der Sicherheitsbestand den Servicegrad.

IFA 10.684

Bild 3.24 Einflussgrößen des Servicegrads

Die maximale positive Terminabweichung (Verspätung) ergibt sich aus dem Mittelwert und der Streuung der Abgangsterminabweichung (vgl. Bild 3.22 für eine weitere Unterteilung dieser Einflussfaktoren). Sie bestimmt zusammen mit der

78

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

mittleren Bedarfsrate den maximalen Zusatzbedarf durch eine verlängerte Wiederbeschaffungszeit. Die maximale positive Bedarfsabweichung während der Wiederbeschaffungszeit nimmt mit der Streuung der Bedarfsrate und der Länge der Wiederbeschaffungszeit zu. Die Wiederbeschaffungszeit lässt sich analog zur Lieferzeit in verschiedene Komponenten aufteilen, von denen aus Sicht der Fertigungssteuerung vor allem die Durchlaufzeit relevant ist. 3.3.2 Leitsätze für die Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren

Aus der Modellierung der internen logistischen Zielgrößen lassen sich Leitsätze für die Bewertung und Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren ableiten (vgl. dazu [Lödd-01]). Diese orientierten sich zum Großteil an den von Wiendahl und Nyhuis formulierten produktionslogistischen Grundgesetzen und übertragen diese auf das Problemfeld der Fertigungssteuerung [Nyhu-99, Wien-97b].

1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Diese Fähigkeit ist für eine Fertigung mit zwei wichtigen Vorteilen verbunden. Zum einen ermöglicht sie es dem Unternehmen, sich aktiv im Dilemma der Produktionsplanung zu positionieren und die Zielerreichung bezüglich der logistischen Zielgrößen Bestand, Leistung (bzw. Auslastung) und Durchlaufzeit konsistent aufeinander abzustimmen. Zum anderen erhöht eine Bestandsregelung die Vorhersagbarkeit der Durchlaufzeiten. Sie unterstützt so die Genauigkeit der Terminplanung und damit eine hohe Termintreue. In der Auftragsfreigabe ist die Bestandsregelung mit dem Nachteil verbunden, dass sie Planungsvorgaben nicht exakt umsetzt. Dieser Nachteil kann in einigen Fällen die Vorteile einer Bestandsregelung überwiegen. Ausführlich wird hierauf in den Kapiteln 16 und 27 eingegangen. 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Eine geringe Bestandsschwankung hat zwei Vorteile. Erstens hat sie geringe Durchlaufzeitschwankungen zur Folge. Dies vereinfacht die Terminplanung und fördert so die Termintreue. Zweitens führt sie dazu, dass sich der Verlauf der realen Leistungskennlinie eng an die ideale Leistungskennlinie anschmiegt. Eine bestimmte Leistung kann daher bei niedrigeren Beständen und Durchlaufzeiten erreicht werden als bei hohen Bestandsschwankungen (vgl. dazu auch den vierten Leitsatz). 3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Der wichtigste Grund hierfür ergibt sich unmittelbar aus dem ungünstigeren Kennlinienverlauf bei blockierten Beständen (vgl. Bild 3.14). Eine bestimmte Leistung kann erst bei einem höheren Bestand erreicht werden als ohne blockierte Bestände. Weiterhin verursachen blockierte Bestände Reihenfolgevertauschungen und wirken so nachteilig auf die Termintreue einer Fertigung (vgl. dazu den fünften

3.3 Folgerungen aus der Modellierung

79

Leitsatz zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren und das neunte produktionslogistische Grundgesetz).

4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Ein zeitlicher Belastungsabgleich beschleunigt oder verzögert die Freigabe und/oder den Durchlauf von Aufträgen mit dem Ziel, Materialflussabrisse zu vermeiden (Beschleunigung) oder einen Bestandsaufbau zu verhindern (Verzögerung). Als Folge ergibt sich ein günstigerer Verlauf der Leistungskennlinie [Nyhu99]. Eine bestimmte Leistung kann bei einem niedrigeren Bestand erreicht werden als ohne Belastungsabgleich. Gleichzeitig bedingt ein Belastungsabgleich jedoch zum Teil Verstöße gegen den dritten und den fünften Leitsatz zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren. Die Notwendigkeit und der Effekt eines Belastungsabgleichs durch die Fertigungssteuerung sind umso geringer, je sorgfältiger die Termin- und Kapazitätsplanung durchgeführt wurde. 5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Um eine hohe Termintreue zu gewährleisten, sollten die Arbeitssysteme einer Fertigung die Aufträge in der Reihenfolge ihrer Dringlichkeit abarbeiten. Dies reduziert die Streuung der Abgangstermineinhaltung und fördert so ein hohe Termintreue. Besonders solche Auftragsfreigabeverfahren, die Reihenfolgevertauschungen erzwingen, können unter Umständen die Termintreue der Fertigung verschlechtern. Reihenfolgevertauschungen sollten daher auf ein Minimum reduziert werden. Dieser Leitsatz steht ggf. in Konflikt mit dem vierten Leitsatz zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren (vgl. Kap. 25 zur ausführlichen Beurteilung von Reihenfolgeregeln). 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Planabweichungen im Rahmen einer Rückstandsregelung ausgleichen können. Droht ein positiver Rückstand zu entstehen, ist es Aufgabe der Fertigungssteuerung, diesen zu verhindern bzw. einen entstandenen Rückstand abzubauen. Dazu ist die Kapazität kurzfristig zu erhöhen. Ziel dieser Rückstandsregelung ist es, den Mittelwert der Terminabweichung möglichst nicht positiv werden zu lassen. Zusammen mit dem fünften Leitsatz soll dies die Termintreue der Fertigung gewährleisten. Eine Alternative zur Rückstandsregelung ist eine leistungsmaximierende Kapazitätssteuerung. Diese wird in Kapitel 26 genauer erläutert. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Dieser Leitsatz lehnt sich an Goldratt an, der die besondere Bedeutung der Engpässe in seinem Roman „Das Ziel“ eindringlich vor Augen führt [Gold-84]. Das Engpassprinzip, nach dem die Engpassarbeitssysteme einer Fertigung deren Leistung bestimmen, beinhaltet für die Fertigungssteuerung zwei wesentliche Konsequenzen. Erstens sollte die Fertigungssteuerung gewährleisten, dass an den Engpassarbeitssystemen einer Fertigung keine Materialflussabrisse auftreten, also

80

3 Modellierung der logistische Zielgrößen

immer ausreichender Bestand vorhanden ist. Die dazu erforderliche mittlere Bestandshöhe ist ein Maß für die Effizienz eines Fertigungssteuerungsverfahrens. Zweitens sollten Kapazitätserhöhungen vornehmlich an Engpassarbeitssystemen durchgeführt werden. Umgekehrt sind Kapazitätserhöhungen an Nichtengpässen zu vermeiden, die die Leistung der gesamten Fertigung nicht erhöhen.

8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Komplizierte Fertigungssteuerungsverfahren eröffnen zum einen mehr Fehlermöglichkeiten als einfache Verfahren. Zum anderen sind sie erklärungsbedürftiger, was ihre Akzeptanz verringert. Einfache Fertigungssteuerungsverfahren können daher auch leichter in die betriebliche Praxis umgesetzt werden als komplizierte. Bei vergleichbarer oder besserer Lösungsgüte ist das einfachere Verfahren daher immer vorzuziehen. Erzielt das kompliziertere Verfahren theoretisch bessere Ergebnisse, ist abzuwägen, ob der Mehrnutzen in der praktischen Umsetzung auch tatsächlich erreicht werden kann und Mehraufwände für die Einführung und während des Betriebs rechtfertigt. 9.

Verfahren der Auftragserzeugung sollten Nachfrageinformationen möglichst schnell und unverzerrt kommunizieren. Die verzögerte oder verzerrte Kommunikation von Nachfrageinformationen führt zu erhöhten Nachfrageschwankungen auf vorgelagerten Stufen einer Lieferkette. Sie verursacht dadurch häufig eine Überdimensionierung von Kapazitäten, Bestandsschwankungen und generell einen Bestandsaufbau. Die theoretischen Grundlagen des neunten Leitsatzes werden in Kapitel 6 ausführlich erläutert. Er gilt ausschließlich für Auftragserzeugungsverfahren. Die Leitsätze dienen im Folgenden der Bewertung von Auftragserzeugungsund Auftragsfreigabeverfahren. Gegenstand des nächsten Kapitels sind jedoch zunächst die Aufgaben der Produktionsplanung. Die Produktionsplanung erzeugt die Planwerte, die von der Fertigungssteuerung umgesetzt werden sollen, und ist daher für die logistische Zielerreichung bedeutsam.

4 Aufgaben der Produktionsplanung

Die Produktionsplanung plant die Produktion für die nächsten Planungsperioden voraus. Aus Sicht der Fertigungssteuerung sind die relevanten Ergebnisse der Produktionsplanung die Planwerte für den Zugang, den Abgang und die Reihenfolge (vgl. das Fertigungssteuerungsmodell in Abschn. 1.2). Wegen dieser unmittelbaren Wirkung auf die Fertigungssteuerung soll hier ein kurzer Überblick über die Produktionsplanung gegeben werden. Die Darstellung orientiert sich am Aachener PPS-Modell, das auf langjährigen Forschungsarbeiten und Beratungsprojekten des Forschungsinstituts für Rationalisierung (FIR) an der RWTH Aachen beruht. Es unterscheidet vier verschiedene Referenzsichten der Produktionsplanung und -steuerung (PPS), von denen hier die Aufgabensicht erläutert wird (vgl. Bild 1.1). Die Aufgabensicht unterteilt die Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung in Kernaufgaben (Abschn. 4.1) und Querschnittsaufgaben (Abschn. 4.2). Das Aachener PPS-Modell enthält sowohl Planungs- als auch Steuerungsaufgaben. Letztere werden ausführlich in den folgenden Hauptteilen des Buches erläutert. Daher beschränkt sich dieses Kapitel ausschließlich auf die Planungsaufgaben.

4.1 Kernaufgaben der Produktionsplanung Kernaufgaben der Produktionsplanung sind die Produktionsprogrammplanung (Abschn. 4.1.1), die Produktionsbedarfsplanung (Abschn. 4.1.2), die Eigenfertigungsplanung (Abschn. 4.1.3) und die Fremdbezugsplanung. Letztere ist nicht Gegenstand dieses Buches und wird daher nicht erläutert (vgl. aber Kap. 6 zur Produktionsplanung in Lieferketten). 4.1.1 Produktionsprogrammplanung Aufgabe der Produktionsprogrammplanung ist es, das Produktionsprogramm des Unternehmens zu erstellen. Dieses enthält für jedes Erzeugnis und für jede Planungsperiode die zu erstellende Menge. Es legt also den Netto-Primärbedarf eines Unternehmens fest. Ausgangspunkt der Produktionsprogrammplanung ist der Absatzplan. Dieser enthält für jedes Erzeugnis und jede Planungsperiode die Menge, die geliefert werden soll (Brutto-Primärbedarf). In die Absatzplanung fließen insbesondere Kundenaufträge und Absatzprognosen ein. Letztere werden meist von Marketing und Vertrieb festgelegt. Darüber hinaus enthält der Absatzplan aber

82

4 Aufgaben der Produktionsplanung

auch alle weiteren Bedarfe, wie z. B. für Ersatzteile, Demonstrations- oder Versuchsmuster. Entscheidend ist es, alle Bedarfsquellen zu erfassen (vgl. dazu [Voll91]). Dieser Brutto-Primärbedarf wird mit den vorhandenen Lagerbeständen abgeglichen, um den Netto-Primärbedarf und damit das Produktionsprogramm zu bestimmen. Dabei wird ein etwaiger Sicherheitsbestand berücksichtigt (vgl. Bild 4.1).

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Bild 4.1

Tabellarische Produktionsprogrammplanung für ein Erzeugnis

Insbesondere in der amerikanischen Literatur wird vorgeschlagen, das Produktionsprogramm zu einem Produktionsplan zu verdichten (vgl. [Voll-91]). Dieser ist Eingangsgröße der Geschäftsplanung des Unternehmens. Er kann als kumulierter Produktionsausstoß (z. B. Produktion von 100.000 Stühlen) oder auch als Umsatzziel (z. B. 10 Millionen Euro) formuliert werden. Die Konsistenz von Produktionsplan und Produktionsprogramm ist auch bei Änderungen des Produktionsprogramms zu gewährleisten. Soll etwa die Produktion eines Erzeugnisses gesteigert werden, dann ist entweder die Produktion eines anderen Erzeugnisses zu reduzieren (Produktionsplan bleibt gleich) oder der Produktionsplan zu ändern. Bei einem saisonalen Absatz muss das Unternehmen entscheiden, ob es dem Absatzverlauf folgt oder das Produktionsprogramm nivelliert (Bild 4.2).

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Bild 4.2

Produktionsprogrammplanung bei saisonalem Absatzverlauf

4.1 Kernaufgaben der Produktionsplanung

83

Eine Nivellierung des Produktionsprogramms hat den Vorteil einer gleichmäßigeren Auslastung. Sie setzt jedoch eine hohe Bestandsbildung voraus und ist daher mit einer hohen Kapitalbindung und einem erhöhten Bestandsrisiko verbunden. Die zweite Strategie, den Absatzschwankungen zu folgen, kann nur bei flexiblen Mitarbeiterkapazitäten verwirklicht werden. Sie setzt in der Regel zudem eine großzügige Dimensionierung der Betriebsmittelkapazitäten voraus. In der Praxis wird häufig auch ein Mittelweg zwischen den Extremen einer nivellierenden und einer begleitenden Produktionsprogrammplanung gewählt. Das Produktionsprogramm legt den Plan-Abgang der Arbeitssysteme und damit den Kapazitätsbedarf bereits fest. Um den Kapazitätsbedarf abzuschätzen, werden für jedes Erzeugnis die Kapazitätsbedarfe an allen (oder zumindest an den kritischen) Arbeitssystemen pro Mengeneinheit berechnet und mit der geplanten Stückzahl multipliziert. Dazu können sog. Kapazitätslisten verwendet werden. Diese enthalten für ein Erzeugnis den Kapazitätsbedarf an den Arbeitssystemen (Tabelle 4.1). Tabelle 4.1 Kapazitätslisten mit Kapazitätsbedarf der Erzeugnisse Erzeugnis A

Erzeugnis B

Arbeitssystem [-]

Kapazitätsbedarf pro Stück [min/ME]

Arbeitssystem [-]

Kapazitätsbedarf pro Stück [min/ME]

1 2 3 4

2 3 1 5

1 2 5 6

3 3 2 5

Für die Erzeugung der Kapazitätslisten werden die Kapazitätsbedarfe für Teile und Komponenten des Enderzeugnisses berücksichtigt. Erforderliche Daten sind die Stücklisten der Erzeugnisse und die Arbeitspläne der Erzeugnisse, Komponenten und Teile. Sind die Kapazitätsbedarfe nicht im Vorhinein verfügbar, sind Unternehmen auf die Planung mit sog. Referenzprofilen angewiesen. Diese Methode beruht darauf, den voraussichtlichen Kapazitätsbedarf für einen Auftrag aus dem bekannten Kapazitätsbedarf für vergleichbare Aufträge abzuleiten [Hegi-74]. Je nach Genauigkeit der Rechnung werden zudem Losgrößen und Vorlaufzeiten berücksichtigt [Voll-91]. Ziel ist es, den Kapazitätsbedarf möglichst früh aufzuzeigen, um so eine Grundlage für Investitionsentscheidungen zu schaffen. Kann das Produktionsprogramm mit den vorhandenen Kapazitäten nicht realisiert werden, ist es zu modifizieren. Ein realisierbares Produktionsprogramm ist Grundvoraussetzung für eine hohe Liefertreue. Aus Sicht der Fertigungssteuerung ist die Realisierbarkeit des Produktionsprogramms damit die Hauptanforderung an die Produktionsprogrammplanung. In der Auftragsfertigung wird die Kapazitätsbelastung idealer Weise bereits bei der Bestimmung des Liefertermins berücksichtigt. 4.1.2 Produktionsbedarfsplanung Aufgabe der Produktionsbedarfsplanung ist es, aus dem Produktionsprogramm den erforderlichen Material- und Ressourcenbedarf abzuleiten. Dazu ist es in ei-

84

4 Aufgaben der Produktionsplanung

nem ersten Schritt erforderlich, den Sekundärbedarf an Teilen und Komponenten zu ermitteln und Fertigungsaufträge zu generieren (Abschn. 4.1.2.1). In einem zweiten Schritt werden die Fertigungsaufträge terminiert und der Kapazitätsbedarf an den Ressourcen der Fertigung berechnet (Abschn. 4.1.2.2). 4.1.2.1 Sekundärbedarfsermittlung In der Regel besteht ein Erzeugnis aus mehreren Komponenten und Teilen, die in mehreren Stufen zusammengebaut werden. Aufgabe der Sekundärbedarfsermittlung ist es, den Bedarf an Komponenten und Teilen aus dem Erzeugnisbedarf zu ermitteln und periodengerecht zuzuordnen. Dabei sind insbesondere vier Faktoren zu berücksichtigen: 1. Anzahl der Teile je Enderzeugnis: Die Anzahl der Teile je Enderzeugnis ist in der Stückliste eines Erzeugnisses hinterlegt. Um aus dem Produktionsprogramm den Brutto-Sekundärbedarf zu berechnen, sind alle Erzeugnisse zu berücksichtigen, in die ein Teil eingeht. 2. Lagerbestände: Die tatsächlich zu fertigende Menge reduziert sich, wenn noch ein Lagerbestand für das Teil vorhanden ist, der den Sicherheitsbestand übertrifft. Auf diese Weise wird der Brutto-Sekundärbedarf in einen NettoSekundärbedarf überführt. 3. Vorlaufzeiten: Der Bedarf eines Teils entsteht früher als der Bedarf eines zugehörigen Erzeugnisses. Grund hierfür ist die Durchlaufzeit, die zur Herstellung des Erzeugnisses aus einem Teil benötigt wird. Diese Durchlaufzeit wird häufig über eine sog. Vorlaufverschiebung berücksichtigt, mit der der Bedarf des Teils gegenüber dem des Erzeugnisses zeitlich in Richtung Gegenwart verschoben wird. Sind die Vorlaufzeiten als feste Planungsparameter hinterlegt, ist nicht zwangsläufig gewährleistet, dass die erforderlichen Kapazitäten auch tatsächlich zur Verfügung stehen. Zudem besteht in der Lagerfertigung die Gefahr, Nachfrageschwankungen durch eine Vorlaufverschiebung zu verstärken (vgl. dazu Kap. 6). Eine Alternative zur Vorlaufverschiebung mit konstanten Vorlaufzeiten ist die Umlaufverschiebung (vgl. Kap. 13) oder die Terminierung in die begrenzte Kapazität. 4. Bedarfszusammenfassung und Losbildung: Um Rüstzeiten einzusparen und um die verfügbare Fertigungskapazität zu erhöhen, werden die Bedarfe aufeinander folgender Planungsperioden manchmal zusammengefasst. Um Verspätungen zu vermeiden, wird der Gesamtbedarf dann der frühesten Planungsperiode zugeordnet. Die Bedarfszusammenfassung wirkt daher bestandserhöhend. Werden Bedarfe auf eine festgelegte (optimale) Fertigungslosgröße aufgerundet, dann erhöht sich der Bedarf. Sowohl Bedarfszusammenfassungen als auch Bedarfserhöhungen wirken sich auch auf höhere Dispositionsstufen aus. Sie können dort sowohl die Bedarfszeitpunkte als auch die Bedarfshöhen verzerren. Ergebnis der Sekundärbedarfsrechnung sind Fertigungsaufträge mit Endtermin. Diese bilden die Eingangsgröße für die Durchlaufterminierung, die Kapazitätsbedarfsermittlung und den Abgleich von Kapazität und Belastung. Die Ermittlung

4.1 Kernaufgaben der Produktionsplanung

85

des Sekundärbedarfs wird in vielen Unternehmen automatisiert von einer PPSSoftware durchgeführt. Insbesondere der Pflege und ständigen Aktualisierung der Vorlaufzeiten und Sicherheitsbestände ist besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Für Teile, die auf Lager gefertigt oder beschafft werden, sowie für geringwertige Teile verzichten Unternehmen zum Teil auf eine deterministische Bedarfsermittlung über eine Stücklistenauflösung. Stattdessen wenden sie entweder statistische oder heuristische Verfahren an. Es kommen dann häufig verbrauchsorientierte Fertigungssteuerungsverfahren zur Anwendung wie die Kanban-Steuerung oder das Bestellbestandsverfahren. 4.1.2.2 Termin- und Kapazitätsplanung Aufgabe der Termin- und Kapazitätsplanung ist es, die Starttermine der Eigenfertigungsaufträge zu bestimmen (Durchlaufterminierung), den Kapazitätsbedarf zu ermitteln (Kapazitätsbedarfsplanung) und bei Kapazitätsüberlastungen eine Kapazitätsabstimmung durchzuführen. Ergebnis sind zum einen Plan-Starttermine für die Aufträge und Plan-Bearbeitungstermine für die Arbeitsvorgänge. Zum anderen ergibt sich das Kapazitätsbedarfsprofil der Arbeitssysteme. Die Terminplanung umfasst weiterhin die Terminierung der Beschaffungsaufträge. Durchlaufterminierung

Zweck der Durchlaufterminierung ist es, ausgehend vom Endtermin des Auftrags seinen Plan-Starttermin und die Plan-Endtermine der Arbeitsvorgänge zu bestimmen (Rückwärtsterminierung). Bisweilen wird auch eine Vorwärts- oder eine Mittelpunktsterminierung durchgeführt. Die Vorwärtsterminierung errechnet aus einem gegebenen Start-Termin einen Endtermin. Sie wird hauptsächlich angewendet, wenn die Kapazitäten eines Unternehmens hoch ausgelastet sind und/oder der Kunde keinen (erfüllbaren) Wunsch-Liefertermin nennen kann. Sie wird häufig gegen begrenzte Kapazitäten durchgeführt und setzt in diesem Fall voraus, dass die Kapazitäten bereits gegeben sind. Ähnliches gilt für die Mittelpunktsterminierung, die zuerst den Arbeitsvorgang eines Auftrags einplant, der auf dem Engpassarbeitssystem der Fertigung bearbeitet wird. Der Endtermin des Auftrags wird dann aus einer Vorwärtsterminierung der Arbeitsvorgänge nach dem Engpass berechnet. Entsprechend ergibt sich der Plan-Starttermin des Auftrags aus einer Rückwärtsterminierung der Arbeitsvorgänge vor dem Engpass. Die Mittelpunktsterminierung betont damit die Bedeutung des Durchsatzengpasses. Zentrale Größe der Durchlaufterminierung ist die Auftragsdurchlaufzeit. Gängige PPS-Software berechnet die Auftragsdurchlaufzeit meist als Summe der Arbeitsvorgangsdurchlaufzeiten. Letztere wird wiederum in eine Übergangs- und eine Durchführungszeit unterteilt (Abschn. 3.2.1). Zweckmäßig kann die Übergangszeit, wenn auf eine Feinterminierung in die begrenzte Kapazität verzichtet wird, mit der in Abschn. 3.2.2.3 erläuterten Flussgradorientierten Terminierung bestimmt werden. Leider bieten die allermeisten PPS-Systeme keine Möglichkeit, die Übergangszeiten modellbasiert festzulegen und (teil-)automatisiert zu pflegen. Dies ist ein Grund für die schlechte logistische Zielerreichung vieler Unternehmen.

86

4 Aufgaben der Produktionsplanung

Die Durchlaufterminierung wird häufig ohne eine Kapazitätsprüfung durchgeführt. Kapazitätsengpässe werden in der Kapazitätsbedarfsrechnung aufgedeckt und mit einer Kapazitätsabstimmung behoben. Kapazitätsbedarfsrechnung

Aufgabe der Kapazitätsbedarfsrechnung ist es, für jede Ressource und Planungsperiode den erforderlichen Kapazitätsbedarf zu bestimmen. Eingangsgrößen der Kapazitätsbedarfsplanung sind zum einen die terminierten Aufträge mit den Auftragszeiten je Arbeitsvorgang und zum anderen die Plan-Abweichungen, die sich aus der Fertigung ergeben. Werden vorhandene Plan-Abweichungen nicht berücksichtigt, ist eine realistische Planung nicht möglich. Weder können zusätzliche Kapazitätsbedarfe erkannt werden, wenn die Fertigung weniger geleistet hat als geplant (Rückstand > 0); noch kann ein Unternehmen die zusätzlichen freien Kapazitäten ausnutzen, die entstehen, wenn die Fertigung mehr geleistet hat als geplant (Rückstand < 0). Der Kapazitätsbedarf je Ressource und Planungsperiode wird häufig als Balkendiagramm dargestellt (Bild 4.3). Im Beispiel übersteigt der Kapazitätsbedarf die Normalkapazität in den Planungsperioden eins sowie vier bis neun. Die Maximalkapazität wird in Planungsperiode sieben überschritten. In den Planungsperioden zwei und drei sowie ab Planungsperiode zehn wird die Normalkapazität nicht ausgenutzt. Kapazitätsabstimmung

Aufgabe der Kapazitätsabstimmung ist es, Kapazitätsangebot und Kapazitätsnachfrage aufeinander abzustimmen. Ein Unternehmen kann dazu entweder die Kapazitäten an den Bedarf anpassen (Ausnutzung der Kapazitätsflexibilität) oder den Bedarf an die Kapazität (Ausnutzung der Belastungsflexibilität). Bei letzterem verschiebt es die Bearbeitung der Arbeitsvorgänge oder vergibt Arbeitsvorgänge an eine Fremdfirma. Dabei sind die Auswirkungen auf die übrigen Arbeitsvorgänge des Auftrags sowie insbesondere auf den Start- und Endtermin zu berücksichtigen. Bei komplexen Produkten kann sich dies zudem auf abhängige Fertigungsund Montageaufträge auswirken. Eine Verschiebung des Endtermins eines Auftrags ist möglichst zu vermeiden. Sie bedeutet, dass das Produktionsprogramm nicht wie geplant umgesetzt bzw. ein Liefertermin nicht eingehalten werden kann. Lässt sich dies nicht vermeiden, sollte das Produktionsprogramm geändert werden. Bild 4.3 b zeigt, wie Kapazitätsbedarf und Kapazitätsangebot aufeinander abgestimmt werden können. Soweit möglich wurde die Kapazität an den Kapazitätsbedarf angepasst. Lediglich die Bedarfsspitze in Planungsperiode sieben wurde zum Teil auf die Planungsperiode sechs vorgezogen. Aus dem Kapazitätsbedarfsprofil lässt sich unmittelbar die Plan-Abgangskurve des Durchlaufdiagramms ableiten (Bild 4.3 c).

4.1 Kernaufgaben der Produktionsplanung

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Bild 4.3

Ermittlung und Abstimmung des Kapazitätsbedarfs (Beispiel)

Die Länge der Planungsperioden kann in den meisten PPS-Systemen vom Benutzer vorgegeben werden. Der erforderliche Detaillierungsgrad nimmt mit abnehmender Länge des Planungshorizontes zu. Insbesondere im kurzfristigen Pla-

88

4 Aufgaben der Produktionsplanung

nungsbereich kann auch eine minutengenaue Einplanung der Aufträge sinnvoll sein. Sie stellt sicher, dass die Plan-Vorgaben realisierbar sind. Eine sorgfältig durchgeführte Kapazitätsplanung ist Grundvoraussetzung für eine hohe logistische Zielerreichung. Insbesondere, wenn der Kapazitätsbedarf der eingeplanten Aufträge das Kapazitätsangebot überschreitet, kann auch eine gute Fertigungssteuerung die Defizite in der Produktionsplanung nicht ausgleichen. Wichtige Voraussetzungen für eine realistische Kapazitätsplanung sind insbesondere richtige Planwerte für die Vorgabezeiten und das Kapazitätsangebot. Beschaffungsartzuordnung

Aufgabe der Beschaffungsartzuordnung ist zu entscheiden, welcher Teil des Sekundärbedarfs selbst gefertigt und welcher Teil von Lieferanten zugekauft wird (Make-or-buy-Entscheidung). Diese Make-or-buy-Entscheidung wird in der Regel auf der strategischen Ebene getroffen. Sie legt die Fertigungstiefe eines Unternehmens fest. Es ist jedoch möglich, bestimmte Teile sowohl fremdzuvergeben als auch selbst zu fertigen. Dies erhöht die Flexibilität des Unternehmens. Bei einer hohen Nachfrage vergibt ein Unternehmen dann einen Großteil des Bedarfs an Lieferanten. Entsprechend fertigt es bei geringer Nachfrage einen hohen Anteil selbst. Die Make-or-buy-Entscheidung kann in diesem Sonderfall auf operativer Ebene getroffen werden. 4.1.3 Eigenfertigungsplanung Der Eigenfertigungsplanung werden hier in Anlehnung an das Aachener PPSModell die folgenden Aufgaben zugeordnet: • • •

Losgrößenrechnung (Abschn. 4.1.3.1) Feinterminierung und Reihenfolgeplanung (Abschn. 4.1.3.2) Verfügbarkeitsprüfung (Abschn. 4.1.3.3)

4.1.3.1 Losgrößenrechnung Die Aufgabe, die Losgröße für ein bestimmtes Produkt festzulegen, existiert sowohl in der Beschaffung als auch in der Eigenfertigung. In der Eigenfertigung ist sie besonders für die Produkte relevant, die auf Lager produziert werden. Aber auch bei einer Auftragsfertigung können häufig Sekundärbedarfe aus verschiedenen Kundenaufträgen wirtschaftlich zusammengefasst werden. Die Losgrößenrechnung erhält ihre Bedeutung daraus, dass sie verschiedene unternehmerische Zielsetzungen beeinflusst. Die meisten Losgrößenverfahren zielen darauf ab, die losgrößenabhängigen Kosten zu minimieren. Dies sind insbesondere die Rüst- und die Bestandskosten. Rüstkosten: Häufig muss eine Maschine umgerüstet werden, wenn eine andere Variante gefertigt werden soll als die, die als letztes gefertigt wurde. Durch das Rüsten entstehen zum einen Kosten, z. B. für das Personal oder für das Material, das beim Rüsten verbraucht wird. Zum anderen verringert es die produktiv verfügbare Kapazität. Wird dadurch der Durchsatz der Fertigung verringert, entstehen Opportunitätskosten in Höhe des entgangenen Deckungsbeitrags der Produkte, die

4.1 Kernaufgaben der Produktionsplanung

89

ansonsten hätten produziert und verkauft werden können. Die Rüstkosten pro gefertigtem Teil nehmen mit der Losgröße ab. Fertigwarenbestand: Der Fertigwarenbestand und damit auch die Kapitalbindung, Zinskosten, Lagerhaltungskosten und das Bestandsrisiko nehmen mit der Losgröße zu. Fertigungsbestand: Nyhuis gelang der Nachweis, dass die Losgröße auch den zur Auslastung der Arbeitssysteme erforderlichen Umlaufbestand in der Fertigung beeinflusst [Nyhu-91]. Wie beim Fertigwarenbestand nehmen Kapitalbindung, Zinskosten und Bestandsrisiko mit der Losgröße zu. Das Grundverfahren der Losgrößenrechnung nach Andler (Europa) bzw. Harris (USA) berechnet die Losgröße, bei der die Summe aus Rüstkosten- und Lagerhaltungskosten ein Minimum erreicht. Andere Verfahren, wie z. B. die Durchlauforientierte Losgrößenbestimmung [Nyhu-91], berücksichtigen zusätzlich die Kosten des Bestands in der Fertigung. Insgesamt ist es jedoch sehr schwierig, sämtliche Einflüsse kleiner Losgrößen in einem Berechnungsverfahren zu berücksichtigen. Als Folge sind die berechneten Losgrößen meist zu hoch. Hierfür gibt es die folgenden Gründe: 1. Kostenfixierung: Weil die meisten Losgrößenverfahren nur Kosten berücksichtigen, vernachlässigen sie wichtige Vorteile niedriger Losgrößen. Insbesondere beeinflusst die Losgrößenrechnung die Auftragszeiten der Arbeitssysteme und legt dadurch den Verlauf der Produktionskennlinien fest. Damit bestimmt die Losgrößenrechnung die wirtschaftlich erreichbaren Durchlaufzeiten einer Fertigung. Je niedriger die Durchlaufzeiten sind, desto kürzer sind die erzielbaren Lieferzeiten (Auftragsfertigung) bzw. desto niedriger sind die erforderlichen Sicherheitsbestände (Lagerfertigung). Im Grenzfall ermöglichen es kleinere Lose sogar, auf eine Lagerfertigung zu verzichten und auf eine Auftragsfertigung umzustellen. Insgesamt nimmt die Reaktionsfähigkeit der Fertigung mit abnehmenden Durchlaufzeiten zu und die Notwendigkeit von Eilaufträgen ab. Des Weiteren greift enge Kostenfixierung der Losgrößenverfahren schon deshalb zu kurz, weil die Losgrößenverfahren die Kapitalbindung und damit auch die Kapitalrendite des Unternehmens beeinflussen. Das Renditemaximum wird jedoch bei niedrigeren Losgrößen erreicht als das Kostenminimum. 2. Die Rüstkosten werden zu hoch bewertet: Unabhängig davon, ob ein Arbeitssystem den Durchsatz der Fertigung begrenzt oder die Fertigung an der Kapazitätsgrenze arbeitet, bewerten vielen Unternehmen die Rüstzeiten zu Maschinenstundensätzen. Diese enthalten in der Regel neben den Personalkosten auch Abschreibungen auf die getätigte Investition. Da die Investitionskosten bei der Losgrößenrechnung nicht entscheidungsrelevant sind, verursacht dies überhöhte Losgrößen. Wenn ein Unternehmen an der Kapazitätsgrenze arbeitet und die Rüstzeiten den Durchsatz der Fertigung beeinflussen, sind bei der Bewertung der Rüstzeiten jedoch die Deckungsbeiträge zu berücksichtigen, die dem Unternehmen durch das Rüsten entgehen. 3. Die Rüstzeiten sind länger als erforderlich: Rüstzeiten können häufig durch technische und durch organisatorische Maßnahmen deutlich reduziert werden. Dies wird durch theoretische Betrachtungen und praktische Umsetzungen belegt [Früh-90, Take-99].

90

4 Aufgaben der Produktionsplanung

Die Losgrößenrechnung bestimmt die Auftragszeitstruktur einer Fertigung und damit den Verlauf der Produktionskennlinien. Sie gibt dadurch den Rahmen vor, innerhalb dessen die Fertigungssteuerung in der Auftragsfreigabe auf Bestände und Durchlaufzeiten einwirken kann. Die Losgrößenrechnung ist nicht nur für die Eigenfertigung, sondern auch im Bestellwesen relevant (vgl. dazu Kap. 8). 4.1.3.2 Feinterminierung und Reihenfolgeplanung Aufgabe der Feinterminierung ist es, die Arbeitsvorgänge zeitgenau auf die Betriebsmittel einzuplanen. Die Feinterminierung plant damit auch die Reihenfolge, in der die Aufträge bearbeitet werden sollen. Sie geht jedoch über eine reine Reihenfolgeplanung hinaus, da sie zusätzlich die genauen Zeitpunkte festlegt, zu denen ein Arbeitsvorgang bearbeitet werden soll. Weil die von der Feinterminierung meist minutengenau vorgegebenen PlanStart- und Fertigstellungstermine in der Praxis sehr häufig nicht eingehalten werden können, zweifeln viele Kritiker den Sinn einer Feinterminierung grundsätzlich an. Insbesondere, wenn ein Unternehmen über ausreichende Kapazitäten verfügt, kann es eine hohe logistische Zielerreichung auch ohne den Aufwand einer Feinterminierung erzielen. Andererseits stellt die Feinterminierung jedoch zumindest sicher, dass die Einplanung der Aufträge theoretisch auch umgesetzt werden kann. Vor allem bei einer mangelhaften Termin- und Kapazitätsplanung ist dies ohne Feinterminierung nicht gewährleistet. Grundsätzlich ist die Feinterminierung damit besonders sinnvoll, wenn die Kapazitäten knapp dimensioniert sind. Sie setzt eine hohe Genauigkeit der Vorgabezeiten und der Kapazitätsangaben voraus. Es gibt mittlerweile eine ganze Reihe von Methoden, die Feinterminierung durchzuführen. Eine Auswahl wird nachfolgend in kurzer Form erläutert: •

•

•

Interaktive Feinterminierung mit Leitständen: (Elektronische) Leitstände visualisieren die Zuordnung der Arbeitsvorgänge zu den Betriebsmitteln, meist in Form von Gantt-Diagrammen (Bild 4.4) [Dang-86]. Die Produktionsplaner können einzelne Arbeitsvorgänge umplanen, so dass die Feinterminierung in der Regel interaktiv zwischen Leitstand und Planer durchgeführt wird. Feinterminierung mit Reihenfolgeregeln: Reihenfolgeregeln bestimmen die Reihenfolge, in der die Bearbeitung der Aufträge auf den Betriebmitteln eingeplant wird. Die Reihenfolgeregeln ordnen den Aufträgen dazu unterschiedliche Prioritäten zu. Häufig berücksichtigen sie dabei Kriterien wie den Liefertermin eines Auftrags oder seine Auftragszeit. Vorteilhaft ist der geringe Aufwand. Die resultierende Plan-Reihenfolge genügt jedoch nicht zwangsläufig der logistischen Zielsetzung. Optimierende Algorithmen: Sehr große wissenschaftliche Bemühungen haben zum Ziel, eine Plan-Reihenfolge zu finden, die eine definierte Zielsetzung möglichst gut erreicht. Der Anwender dieser Algorithmen formuliert dazu eine Zielfunktion. Der ausgewählte Algorithmus ermittelt dann eine PlanReihenfolge, bei der die Zielfunktion einen (annähernd) optimalen Wert annimmt.

4.1 Kernaufgaben der Produktionsplanung

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IFA 10.901

Bild 4.4

Einsatz eines Leitstandes zur Ressourcenfeinplanung (Schönsleben)

Die Formulierung der Zielfunktion beeinflusst die Güte der Plan-Reihenfolge wesentlich mit und ist nicht trivial. So führt etwa die Vorgabe, die PlanLiefertreue zu maximieren, häufig zu unsinnigen Reihenfolgeplänen: Weil das Ausmaß der Verspätung nicht in der Zielfunktion berücksichtigt wird, generieren die Algorithmen Produktionspläne, bei denen zwar viele Aufträge innerhalb der Termintoleranz eingeplant werden. Dafür werden jedoch extrem hohe Verspätungen einzelner Aufträge in Kauf genommen. Bei ausreichender Kapazität können die Aufträge zudem auch ohne Optimierungsalgorithmus termingerecht eingeplant werden. Es werden verschiedene Methoden des Operations Research auf das Problem der Reihenfolgeplanung angewendet. Eine Auswahl beinhaltet: • • • •

Branch-and-Bound-Techniken [Hill-90] Tabu Search [Pine-99] Simulated Annealing [Kirk-83] Genetische Algorithmen [Niss-97]

4.1.3.3 Verfügbarkeitsprüfung Aufgabe der Verfügbarkeitsprüfung ist es, vor der Auftragsfreigabe zu prüfen, ob das erforderliche Material und die notwendigen Betriebsmittel und Arbeitsunterlagen (z. B. NC-Programme) verfügbar sind. Anderenfalls wird der Auftrag nicht freigegeben.

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4 Aufgaben der Produktionsplanung

4.2 Querschnittsaufgaben der Produktionsplanung und steuerung Die Querschnittsaufgaben der PPS dienen der bereichsübergreifenden Integration und Optimierung der PPS [Lucz-99]. Das Aachener PPS-Modell enthält drei Querschnittsaufgaben: • • •

Auftragskoordination (Abschn. 4.2.1) Lagerwesen (Abschn. 4.2.2) PPS-Controlling (Abschn. 4.2.3)

4.2.1 Auftragskoordination Die Querschnittsaufgabe Auftragskoordination koordiniert die Auftragsabwicklung über verschiedene Unternehmensbereiche hinweg. Sie ist vor allem für komplexe Aufträge, wie z. B. im Anlagenbau, bedeutsam und übernimmt häufig den Kundenkontakt. Dieser erhält dadurch einen festen Ansprechpartner und muss nicht mit wechselnden Mitarbeitern aus der Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Beschaffung, Fertigung und Montage kommunizieren. Nach dem Aachener PPSModell besteht die Auftragskoordination aus den folgenden Teilaufgaben [Lucz99]: Angebotsbearbeitung, Auftragsklärung, Auftragsgrobterminierung, Ressourcengrobplanung und Auftragsführung. 4.2.2 Lagerwesen Aufgabe des Lagerwesens ist es, die gelagerten Güter auf Anfrage schnell und kostengünstig bereitzustellen sowie stets über den aktuellen Lagerbestand informieren zu können. Im Rahmen der Lagerbewegungsführung werden dazu alle physischen Zugänge und Abgänge zum Lager erfasst und mit dem PPS-System abgeglichen. Die Bestandssteuerung umfasst zusätzlich die Verwaltung von reservierten Beständen. Diese sind zwar physisch im Lager vorhanden, dürfen aber nur für den reservierten Zweck entnommen werden. Die Lagerort- und Lagerplatzverwaltung ordnet jedem Lagerplatz den Lagerinhalt zu. Sie ermöglicht so den gezielten Zugriff auf die verschiedenen Lagergüter. Bei Bedarf führt das Lagerwesen auch eine Chargenverwaltung durch und ordnet jeden Teilbestand der zugehörigen Charge zu. In regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich müssen alle Unternehmen aufgrund von Bilanzierungsvorschriften zudem eine Inventur durchführen und den tatsächlichen Bestand mit dem Buchbestand vergleichen. Gängige Ursachen für Abweichungen sind Fehlbuchungen und nichtgebuchte Zugänge und Abgänge (Diebstahl, Ausfall des Lagerverwaltungssystems, etc.). Das Lagercontrolling ist häufig ein Teil des PPS-Controllings. Es zeigt auf, welche Artikel einen hohen Anteil des Lagerbestandes verursachen, welche Artikel Ladenhüter sind, bei welchen Artikeln der Servicegrad unbefriedigend ist, usw. Wichtige Instrumente des Lagercontrollings sind Lagerdurchlaufdiagramme und -kennlinien sowie Analysen des Nachfrageverhaltens (UVW- bzw. XYZ-Analyse [Gläß-95]).

4.2 Querschnittsaufgaben der Produktionsplanung und -steuerung

93

4.2.3 PPS-Controlling Aufgabe des PPS-Controllings ist es, die logistische Zielerreichung zu messen, Ursachen für die Plan-Abweichungen offen zu legen und geeignete Maßnahmen zur Problembehebung vorzuschlagen. Datenbasis des PPS-Controllings sind sowohl Plan-Daten aus dem PPS-System als auch Rückmeldedaten aus der Fertigung bzw. aus den einzelnen Unternehmensbereichen. Informationen aus dem PPS-Controlling können direkt in die Produktionsplanung zurückfließen. Beispielsweise sollte ein Fertigungsrückstand bei der Einplanung neuer Fertigungsaufträge berücksichtigt werden. Das PPS-Controlling ist damit ein wichtiges Bindeglied zwischen der Produktionsplanung und der betrieblichen Realität. Es kann sowohl auf der Basis von Ist-Daten als auch auf Grundlage von Plan-Daten durchgeführt werden. Ein Plan-Daten-Controlling betrifft in der Regel die Produktionsplanung. Es kann zum Beispiel die Zielerfüllung des Produktionsplans bewerten oder Unstimmigkeiten wie eine Kapazitätsüberlastung aufzeigen. Das Plan-Daten-Controlling wird von den meisten Unternehmen vernachlässigt. Als Folge wird bisweilen die Fertigung für eine mangelnde Zielerreichung zur Rechenschaft gezogen, die sie gar nicht verursacht hat. Beim wesentlich verbreiteteren Ist-Daten-Controlling steht die tatsächliche Zielerreichung im Vordergrund. Ziel sollte es hier sein, die Einflussgrößen auf die Zielgröße mitzuerfassen. So sollte z. B. nicht nur die Termintreue gemessen werden, sondern auch Rückstand und Reihenfolgedisziplin. Nur so ist es möglich, die Ursachen einer mangelnden Zielerreichung zu erkennen. Des Weiteren ist die Datenqualität entscheidend. Insbesondere eine ungenügende Qualität der Rückmeldedaten und zum Teil auch der Plan-Daten erschwert in der Praxis das PPSControlling. Des Weiteren ist das PPS-Controlling nach den Unternehmensbereichen zu differenzieren. Das Beschaffungscontrolling dient vor allem der logistischen Bewertung von Lieferanten. Dagegen beurteilt ein Fertigungscontrolling die logistische Leistung der Fertigung, das Montagecontrolling diejenige der Montage usw. Schwerpunkt des PPS-Controllings ist häufig das Fertigungs- bzw. Produktionscontrolling. Es kann sich entweder auf Aufträge beziehen (Auftragscontrolling) oder auf Ressourcen (Ressourcen- bzw. Arbeitssystemcontrolling). Wesentliche Hilfsmittel des Produktionscontrollings sind Durchlaufdiagramme, Produktionskennlinien und Verteilungen logistischer Zielgrößen. Das Produktionscontrolling sollte nicht nur Plan-Abweichungen aufzeigen, sondern mögliche Verbesserungen beziffern und damit sinnvoll erreichbare Ziele vorgeben. Die im Produktionscontrolling gemessene logistische Zielerreichung wird wesentlich von der Charakteristik der betrachteten Fertigung beeinflusst. Das folgende Kapitel stellt wichtige Fertigungsmerkmale vor, die für die Steuerung einer Fertigung relevant sind.

5 Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale

In den bisherigen Kapiteln wurde vor allem der Unterschied zwischen einer Auftrags- und einer Lagerfertigung erörtert. Neben der Art der Auftragsauslösung gibt es jedoch weitere Kriterien, die die Fertigungssteuerung beeinflussen. Als bewährte Klassifizierungskriterien werden das Fertigungsprinzip (Abschn. 5.1) und die Fertigungsart (Abschn. 5.2) erläutert. Einen sehr engen Bezug zu den logistischen Zielgrößen ermöglicht die Klassifizierung nach der Art des Teileflusses (Abschn. 5.3). Die Variantenanzahl (Abschn. 5.4), die Materialflusskomplexität (Abschn. 5.5) und Schwankungen des Kunden- und Kapazitätsbedarfs (Abschn. 5.6) wirken auf die Anwendbarkeit der verschiedenen Fertigungssteuerungsverfahren.

5.1 Fertigungsprinzipien Wiendahl ordnet die industriellen Fertigungsprinzipien nach ihrer räumlichen Struktur [Wien-97]. Er unterscheidet die fünf Fertigungsprinzipien Verrichtungsoder Werkstättenprinzip, Fließprinzip, Inselprinzip/Gruppenprinzip, Baustellenprinzip und Werkbankprinzip (Bild 5.1). Die Werkstättenfertigung ordnet die Arbeitssysteme nach dem Verrichtungsprinzip an, d. h. gleichartige Arbeitssysteme werden räumlich zu einer Werkstatt zusammengefasst. Die Werkstücke werden in der Regel losweise von Werkstatt zu Werkstatt transportiert. Vorteilhaft ist die Flexibilität der Werkstättenfertigung. Werkstücke mit unterschiedlichen Bearbeitungsfolgen können problemlos gefertigt werden. Das Ordnungsprinzip fördert zudem eine Spezialisierung der Mitarbeiter auf eine bestimmte Verrichtung. Innerhalb einer Werkstatt können die Mitarbeiter häufig mehrere Maschinen bedienen, z. T. auch zur gleichen Zeit. Als Nachteil der Werkstättenfertigung gelten ihre langen Durchlaufzeiten [Wien-97]. Die Fließfertigung ist das Gegenstück zur Werkstättenfertigung. Sie ordnet die Arbeitssysteme nach dem Materialfluss der gefertigten Varianten an. Im Gegensatz zur Werkstättenfertigung werden die Werkstücke direkt nach ihrer Fertigung zum nächsten Arbeitssystem transportiert. Dadurch werden sehr kurze Durchlaufzeiten erzielt. Die Taktzeiten der einzelnen Arbeitssysteme sind in der Regel aufeinander abgestimmt; es wird ein einheitlicher Produktionstakt vorgegeben. Meist kann in einer Fließfertigung nur eine eng begrenzte Variantenzahl produziert werden. Der Automatisierungsgrad ist häufig hoch, die Kapazitätsflexibilität gering. Störungen an den Arbeitssystemen wirken sich wegen der meist geringen Pufferbestände schnell auf nachfolgende Arbeitssysteme (Arbeitssysteme laufen leer) und auf vorhergehende Arbeitssysteme (Arbeitssysteme werden blockiert) aus.

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5 Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale

IFA D3838

Bild 5.1

Ordnungskriterien für die räumliche Struktur industrieller Fertigungsprinzipien (Kettner, Schmidt/Greim nach Janisch)

Zwischen der Werkstätten- und der Fließfertigung steht die Insel- oder Gruppenfertigung. Wie die Fließfertigung ordnet sie die Arbeitssysteme nach dem Materialfluss der gefertigten Varianten an, in der Regel in der Form eines U’s. Es werden jedoch geringere Anforderungen an die Taktung der einzelnen Arbeitssysteme gestellt. Der Automatisierungsgrad ist geringer, Abweichungen vom Standardmaterialfluss sind zum Teil zulässig. Dem Mitarbeiter kommt eine hohe Bedeutung zu. Er kann häufig alle Arbeitssysteme in einer Fertigungsinsel bedienen und rüsten (Mehrmaschinenbedienung). Die Kapazität der Fertigungsinsel kann über die Anzahl der Mitarbeiter und über die Arbeitszeiten geregelt werden. Die Werkstücke werden in einer Fertigungsinsel in der Regel direkt nach der Bearbeitung zum nächsten Arbeitssystem transportiert (sog. One-piece-flow-Prinzip, vgl. Abschn. 5.3.2). Dadurch sind die Durchlaufzeiten sehr gering. Die Anforderungen an die Prozesssicherheit sind – ähnlich wie bei der Fließfertigung – hoch. Sie ist aufgrund des niedrigeren Automatisierungsgrades und der Konzentration auf den Menschen aber auch einfacher zu erreichen. Eine Sonderstellung nimmt die Baustellenfertigung ein. Bei diesem Fertigungsprinzip werden die Arbeitssysteme (Maschinen) zum meist sehr großen Werkstück gebracht. Die Fertigungslosgröße ist in aller Regel niedrig. Anwendungen finden sich im Großmaschinen- und im Schiffbau. Die Produktionsplanung und -steuerung hat in der Baustellenfertigung meist Projektcharakter. Beim Werkbankprinzip steht der Mensch im Mittelpunkt, der das Werkstück auf einer Werkbank bearbeitet und im Bedarfsfall auf erforderliche Maschinen zu-

5.2 Fertigungsarten

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greift. Dabei führt er meist mehrere Arbeitsgänge hintereinander oder sehr komplexe Einzelarbeitsgänge aus. Häufig werden die einzelnen Werkstücke komplett bearbeitet, so dass die Durchlaufzeiten gering sind. Transportzeiten zwischen den Arbeitsvorgängen entfallen völlig. Das Werkbankprinzip wird in der Industrie vor allem für Montagetätigkeiten angewendet. Es bietet sich an, wenn die erforderlichen Maschinen klein und preisgünstig sind und eine Aufteilung der Arbeitsvorgänge nicht wirtschaftlich wäre.

5.2 Fertigungsarten Schomburg klassifiziert Fertigungen nach der durchschnittlichen Auflagenhöhe (Losgröße) und Wiederholhäufigkeit ihrer Erzeugnisse. Dabei unterscheidet er die vier Fertigungsarten Einzelfertigung, Einzel- und Kleinserienfertigung, Serienfertigung und Massenfertigung [Scho-80] (Bild 5.2).

IFA 10.633

Bild 5.2

Ausprägungen des Merkmals Fertigungsart (Schomburg 1980, zitiert nach [Lucz-99])

Die Einmalfertigung ist durch eine geringe Auflagenhöhe gekennzeichnet, d. h. es wird nur ein kleines Los aufgelegt. Des Weiteren wird das Erzeugnis nicht wieder gefertigt (Wiederholhäufigkeit = 1). Die Einmalfertigung ist meist mit dem Fertigungsprinzip der Werkstätten- oder Baustellenfertigung verbunden. Nur für den Fall, dass das Erzeugnis eindeutig einer Produktfamilie zugeordnet werden kann, ist eine Fertigung nach dem Insel- oder Fließprinzip denkbar. Die Einzel- und Kleinserienfertigung ist durch eine geringe Auflagenhöhe und eine geringe Wiederholhäufigkeit gekennzeichnet. Bei ihr dominiert – ähnlich der Einmalfertigung – die Werkstättenfertigung. Eine Lagerfertigung bildet die Ausnahme; in der Regel wird auf einen Kundenauftrag hin gefertigt. Die Serienfertigung erreicht höhere Auflagehöhen und Wiederholhäufigkeiten. Der Anteil der Inselfertigungen nimmt zu, der der Werkstättenfertigung ab. Typisch sind Mischfertiger, die einen Teil der Erzeugnisse auf Lager fertigen, einen Teil auf Kundenaufträge hin. Die Massenfertigung erreicht sehr hohe Auflagen. Die Fertigung ist in der Regel nach dem Fließprinzip organisiert. Es dominiert die Lagerfertigung. Der An-

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5 Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale

wendungsbereich der Massenfertigung nimmt wegen der zunehmenden Variantenvielfalt ab. Konzepte wie die kundenindividuelle Massenfertigung (Mass Customization) oder die Flexible Produktionsendstufe zielen darauf ab, die Kostenvorteile der Massenfertigung mit der Flexibilität der Werkstättenfertigung zu verbinden [Pine93, Pill-98, Röhr-02, Wien-04].

5.3 Teilefluss Die Art des Teileflusses hat einen herausragenden Einfluss auf die Bestände und Durchlaufzeiten einer Fertigung. Der in den Produktionskennlinien abgebildete Standardfall ist der losweise Transport (Abschn. 5.3.1). Logistischer Idealfall ist jedoch die direkte Weitergabe eines Werkstücks an das nachfolgende Arbeitssystem (One-piece-flow, Abschn. 5.3.2). Zwischen dem losweisen Transport und dem One-piece-flow ist die überlappte Fertigung angesiedelt (Abschn. 5.3.3). Die Chargenfertigung ist die logistisch ungünstigste Form des Teileflusses (Abschn. 5.3.4). Sie führt zu hohen Durchlaufzeiten und Beständen. 5.3.1 Losweiser Transport Beim losweisen Transport wird ein komplettes Los an einem Arbeitssystem bearbeitet und erst dann zum nächsten Arbeitssystem transportiert, wenn das letzte Werkstück des Loses bearbeitet wurde. Vor der Bearbeitung wartet ein Werkstück zunächst auf die Fertigstellung dringenderer Aufträge, dann auf das Rüsten des Arbeitssystems und dann auf die Bearbeitung früherer Werkstücke des gleichen Loses. Nach der Bearbeitung wartet es auf die Fertigstellung der übrigen Teile des Loses. Das Los wird dann zum nächsten Arbeitssystem transportiert, wo sich der gleiche Ablauf wiederholt. Nach der Produktionskennlinientheorie ist ein Flussgrad von vier in vielen Fällen angemessen für die Losfertigung (vgl. Abschn. 3.2.2.1). Das heißt, eine angemessene Durchlaufzeit beträgt etwa das Vierfache der Durchführungszeit des Loses. Der wertschöpfende Anteil der Durchlaufzeit ist auf das Werkstück gerechnet noch weitaus geringer und abhängig von der Losgröße. Bei einem Flussgrad von vier und einer Losgröße von hundert errechnet sich für das Werkstück ein Flussgrad von vierhundert. Das Werkstück wird also nur zu einem Viertel Prozent der Durchlaufzeit tatsächlich bearbeitet. Ein wesentlicher Ansatzpunkt zur Verkürzung der Durchlaufzeiten besteht folglich darin, entweder die Losgrößen zu reduzieren oder die Restriktion des losweisen Transports aufzuheben. Im Idealfall wird jedes Werkstück direkt nach der Bearbeitung zum nächsten Arbeitssystem transportiert (sog. One-piece-flow).

5.3 Teilefluss

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5.3.2 One-piece-flow Beim One-piece-flow wird ein Werkstück im Idealfall direkt nach seiner Bearbeitung an einem Arbeitssystem zum nächsten Arbeitssystem transportiert (Bild 5.3).

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Bild 5.3

Fertigungsinsel mit One-piece-flow-Teilefluss

Vor einer One-piece-flow-Strecke wartet ein Auftrag in der Regel auf die Fertigstellung dringenderer Lose. Dann werden die Arbeitssysteme für die Bearbeitung des Loses gerüstet. Innerhalb der One-piece-flow-Strecke werden die Werkstücke jeweils direkt nach der Bearbeitung zum nächsten Arbeitssystem transportiert. Sie warten vor der Bearbeitung ausschließlich auf Werkstücke des gleichen Auftrags – und dies auch nur, wenn die Einzelzeiten an den Arbeitssystemen variieren und sich ein Bestand aufbaut. Nach der One-piece-flow-Strecke wird das Fertigungslos wieder komplettiert. Die Einführung des One-piece-flow-Prinzips ist also nicht mit der Aufhebung der Fertigungslose verbunden. Es löst lediglich die Einheit von Fertigungs- und Transportlos auf. Genauso wenig setzt ein Teilefluss nach dem One-piece-flowPrinzip ein bestimmtes Fertigungsprinzip voraus. Ob die Fertigung als Fertigungsinsel oder nach dem Fließprinzip organisiert ist, beeinflusst ihre logistische Modellierung nur unwesentlich. Es ist daher auch denkbar, innerhalb einer Werkstättenfertigung punktuell One-piece-flow-Strecken einzuführen. Dies bietet sich vor allem dort an, wo bestimmte Arbeitssysteme sehr häufig in der gleichen Reihenfolge durchlaufen werden. In der Regel setzt dies jedoch eine Änderung des Layouts der Fertigung voraus. Ähnlich wie der losweise Transport kann auch ein One-piece-flow mit Hilfe von Produktionskennlinien modelliert werden [Lödd-01b]. Dazu wird die gesamte One-piece-flow-Strecke als ein einzelnes Arbeitssystem aufgefasst. Jeder Auftrag belastet dieses Arbeitssystem mit einer Auftragszeit, die der Zeit vom Rüstbeginn

100

5 Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale

bis zur Fertigstellung des letzten Werkstückes des Auftrags entspricht. Die Höhe der Auftragszeit wird von drei Faktoren wesentlich beeinflusst: von der Zeit für das Rüsten der Arbeitssysteme, von der Taktzeit und von der Losgröße. Die Taktzeit entspricht der Zeit, die zwischen der Fertigstellung zweier Werkstücke verstreicht. Sie berechnet sich als Maximum der Einzelzeiten an den Arbeitssystemen. Wie für den losweisen Transport kann auf Basis dieser Auftragszeitdefinition ein idealer Produktionsprozess definiert werden. In diesem ist die One-piece-flowStrecke stets vollständig ausgelastet. Gleichzeitig kann aber jeder Auftrag direkt nach seiner Ankunft bearbeitet werden. Die Berechnungsgleichungen für die Ermittlung der Produktionskennlinie können wegen der Identität des idealen Produktionsprozesses direkt übertragen werden. Falls zwei Aufträge in einer One-pieceflow-Strecke überschneidend bearbeitet werden, sind die Gleichungen für den idealen Mindestbestand und die maximal mögliche Leistung jedoch zu modifizieren (vgl. dazu [Lödd-01b]). Bei einer überschneidenden Bearbeitung wird ein Teil der Arbeitssysteme bereits gerüstet, wenn der vorherige Auftrag noch an den letzten Arbeitssystemen der One-piece-flow-Strecke bearbeitet wird. Dies erhöht den maximal erreichbaren Durchsatz. Aus logistischer Sicht ersetzt eine One-piece-flow-Strecke damit eine Reihe von Arbeitssystemen durch ein einziges übergeordnetes Arbeitssystem. Bild 5.4 stellt den Materialfluss, die Produktionskennlinien und die erreichbare Durchlaufzeit für den losweisen Transport und den One-piece-flow gegenüber.

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Bild 5.4

Vergleich einer One-piece-flow-Fertigung mit dem losweisen Transport

Der exakte Verlauf der Produktionskennlinien für die One-piece-flow-Strecke ergibt sich aus den Vorgabezeiten an den einzelnen Arbeitssystemen und den Losgrößen der Aufträge. In grober Näherung ist die Durchlaufzeit einer One-pieceflow-Strecke etwas höher als die längste Arbeitsvorgangsdurchlaufzeit einer äquivalenten Fertigung mit losweisem Transport. Das Durchlaufzeitpotenzial ent-

5.3 Teilefluss

101

spricht also in etwa der Summe der Arbeitsvorgangsdurchlaufzeiten der übrigen Arbeitssysteme. Typisch für einen Teilefluss nach dem One-piece-flow-Prinzip ist eine Mehrmaschinenbedienung durch die Mitarbeiter. Eine hohe Auslastung des Mitarbeiters ist häufig wichtiger als die Auslastung der Maschinen. Im Vergleich zum losweisen Transport ist die Mitarbeiterproduktivität in One-piece-flow-Strecken daher in vielen Fällen außerordentlich hoch. Die Mehrmaschinenbedienung setzt eine Mehrfachqualifikation der Mitarbeiter voraus. Im Gegensatz zur losweisen Fertigung ist die Fertigung in One-piece-flowStrecken fast zwangsläufig mit Verkettungsverlusten verbunden. Unterscheiden sich die Einzelzeiten der Arbeitssysteme, gibt das langsamste Arbeitssystem den Takt für die gesamte One-piece-flow-Strecke vor. Entsprechend kann die Kapazität der schnelleren Arbeitssysteme nicht voll ausgenutzt werden. Analoge Auslastungsverluste können durch unterschiedlich lange Rüstzeiten oder durch ein sequentielles Rüsten der Arbeitssysteme entstehen. Zudem wirken sich Störungen an einzelnen Arbeitssystemen schnell auf die übrigen Arbeitssysteme aus. Selbst bei einem losweisen Transport ist es jedoch meist nicht möglich, alle Arbeitssysteme gleichmäßig zu belasten. Dies ist bei der Bewertung der Auslastungsverluste zu berücksichtigen. 5.3.3 Überlappte Fertigung Zwischen dem losweisen Transport und dem One-piece-flow ist die überlappte Fertigung angesiedelt. Bei dieser wird eine bereits bearbeitete Teilmenge eines Loses zum nachfolgenden Arbeitssystem transportiert und dort bearbeitet (Bild 5.5).

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Bild 5.5

Überlappte Fertigung von Aufträgen

Es können zwei grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten unterschieden werden, die überlappte Fertigung einzusetzen. Zum einen kann sie dazu dienen, einzelne Aufträge gezielt zu beschleunigen. Dies ist eine in der Praxis verbreitete

102

5 Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale

Methode, um Eilaufträge so schnell wie möglich fertig zu stellen. Sehr häufig ist dies mit der Zurückstellung und Verzögerung anderer Aufträge verbunden. Zum anderen kann die überlappte Fertigung eingesetzt werden, um die erreichbaren Durchlaufzeiten und Bestände zu reduzieren. In diesem Fall versucht das nachfolgende Arbeitssystem, einen Auftrag nur dann überlappt zu fertigen, falls kein anderer Auftrag im Bestand des Arbeitssystems ist. Die überlappte Fertigung dient in diesem Fall dazu, Auslastungsverluste des Arbeitssystems zu vermeiden. Der zusätzliche Transportaufwand beschränkt sich auf den Fall eines drohenden Materialflussabrisses am Arbeitssystem. Die überlappte Fertigung stellt damit geringere Anforderungen an das Layout bzw. an das Transportsystem als die Fertigung nach dem One-piece-flow-Prinzip. Dieses setzt in der Regel die räumliche Zusammenfassung der Arbeitssysteme voraus. Aus logistischer Sicht verändert die überlappte Fertigung den Verlauf der Produktionskennlinie des nachfolgenden Arbeitssystems (vgl. [Lödd-01, Nyhu-99]). Insbesondere reduziert sich der ideale Mindestbestand des Arbeitssystems. Eine bestimmte Auslastung wird daher bereits bei einem niedrigeren Bestand und bei niedrigeren Durchlaufzeiten erreicht als in einem Vergleichszustand ohne überlappte Fertigung. Der Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn die Einzelzeiten an den Arbeitssystemen ähnlich, die Transportzeiten gering und die Mindesttransportmengen klein sind [Lödd-01]. Die überlappte Fertigung stellt im Vergleich zum losweisen Transport hohe Anforderungen an den innerbetrieblichen Transport. Sind diese Anforderungen erfüllt, kann das Potenzial einer überlappten Fertigung jedoch recht einfach erschlossen werden. 5.3.4 Chargenfertigung Bei einer Chargenfertigung werden mehrere Lose gemeinsam bearbeitet. In der Regel müssen die Lose dem gleichen Chargentyp angehören, d. h. unter den gleichen Prozessbedingungen bearbeitet werden. Ein verbreitetes Beispiel für eine Chargenfertigung sind Ofenprozesse. Für diese werden meist so viele Aufträge mit der gleichen Ofentemperatur und Laufdauer zusammengestellt, bis eine Ofenladung komplettiert ist. Die Chargenfertigung verursacht hohe Bestände und Durchlaufzeiten und ist daher logistisch unvorteilhaft. In Unternehmen mit Chargenprozessen verursachen diese häufig einen Großteil der Auftragsdurchlaufzeit. Hierfür gibt es im Wesentlichen vier Gründe: 1. Sammelzeit: Nach der Ankunft an einem Chargenarbeitssystem kann ein Auftrag in der Regel nicht sofort bearbeitet werden, weil noch keine komplette Charge gebildet werden kann. D. h. der Auftrag muss so lange warten, bis genügend viele Aufträge des gleichen Chargentyps am Arbeitssystem eingetroffen sind. Diese Zeit wird hier als Sammelzeit bezeichnet. Sie ist umso länger, je mehr Aufträge eine Charge bilden und je seltener der Chargentyp des Auftrags ist. 2. Vorbereitungszeit: Nach der Komplettierung einer Charge muss sie häufig für die eigentliche Bearbeitung vorbereitet werden. Für Ofenprozesse ist es bei-

5.4 Variantenanzahl

103

spielsweise häufig erforderlich, die Werkstücke auf eine Ofenaufnahme zu montieren. Diese Vorbereitungszeit bindet zwar meist keine Kapazitäten des Chargenarbeitssystems. Sie verlängert jedoch die Auftragsdurchlaufzeit und erhöht den Bestand am Arbeitssystem. 3. Parallelbearbeitung: An einem normalen (Einzel-)Arbeitssystem wird nur ein Auftrag zur gleichen Zeit bearbeitet, an einem Chargenarbeitssystem entsprechend nur eine Charge. Da diese jedoch mehrere Aufträge enthält, ist insgesamt ein höherer Bestand erforderlich, um das Chargenarbeitssystem auszulasten. 4. Belastungsspitzen an nachfolgenden Arbeitssystemen: Die Chargenfertigung wirkt sich negativ auf die nachfolgenden Arbeitssysteme aus. Der zur Sicherung der Auslastung erforderliche Bestand ist umso niedriger, je gleichmäßiger die Belastung des Arbeitssystems ist. Bei einer Chargenfertigung werden jedoch jeweils mehrere Aufträge zur gleichen Zeit fertig gestellt. Dies führt zu einer sehr ungleichmäßigen Belastung der nachfolgenden Arbeitssysteme. Entsprechend sind nicht nur die Durchlaufzeiten des Chargenprozesses selbst überdurchschnittlich hoch, sondern auch die der nachfolgenden Arbeitssysteme. Wenn möglich sind Chargenprozesse daher zu vermeiden. Häufig kann dies durch einen Technologiewechsel erreicht werden (Beispiel: Induktives Oberflächenhärten ersetzt Wärmebehandlung im Ofen). Kann ein Unternehmen auf den Chargenprozess nicht verzichten, ist dieser möglichst optimal zu gestalten und zu steuern: 1. Koordinierter Einstoß gleicher Chargentypen: Um die Sammelzeit zu reduzieren, sind Aufträge gleichen Chargentyps von der Fertigungssteuerung koordiniert freizugeben. Sie sollen das Chargenarbeitssystem möglichst zur gleichen Zeit erreichen. Dies gilt insbesondere für seltene Chargentypen. 2. Reduzierung der Vorbereitungszeiten: Ähnlich wie die Rüstzeiten normaler Arbeitssysteme können auch die Vorbereitungszeiten für Chargenarbeitssysteme durch technische und durch organisatorische Maßnahmen reduziert werden. 3. Reduzierung der Chargengröße: Die Reduzierung der Chargengröße ist ein sehr effektives Mittel, um die Nachteile der Chargenfertigung zu reduzieren. Mit Blick auf die logistischen Zielgrößen sind etwa zwei kleine Öfen einem großen Ofen vorzuziehen. Vorteile sind eine kürzere Sammelzeit, häufig eine kürzere Vorbereitungszeit und eine gleichmäßigere Belastung nachfolgender Arbeitssysteme. Greifen die Arbeitssysteme auf eine gemeinsame Warteschlange zu, reduziert sich zudem der erforderliche Pufferbestand. Es ist möglich, Chargenprozesse mit Hilfe von Produktionskennlinien zu modellieren [Stüh-99, Schn-02b].

5.4 Variantenanzahl Die Variantenanzahl einer Fertigung ist mit Blick auf die Fertigungssteuerung ebenfalls ein herausragendes Merkmal. Je mehr Varianten zu steuern sind, umso komplexer gestaltet sich die Aufgabe der Fertigungssteuerung.

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5 Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale

Werden in einer Fertigung nur wenige Varianten gefertigt, können meist einfache und selbstregelnde Fertigungssteuerungsverfahren mit gutem Erfolg eingesetzt werden (vgl. [Schö-02]). Der Einsatz von Verfahren mit variantenspezifischen Puffern ermöglicht es, einen Teil der Produktionsbedarfsplanung und der Eigenfertigungsplanung in die Fertigungssteuerung zu verlagern. Mit steigender Variantenanzahl lässt sich der Einsatz komplexer PPS-Software meist nicht mehr umgehen. Des Weiteren wirkt die Variantenzahl auf die einsetzbaren Fertigungsprinzipien. Die Automatisierung von Fertigungsprozessen wird schwieriger. Entsprechend sinkt der Anwendungsbereich einer getakteten Fließfertigung. Die Variantenvielfalt hat sich in den letzten Jahrzehnten deutlich erhöht. Als Endpunkt der Entwicklung kann ein kundenindividuelles Produkt begriffen werden, wie es etwa die Vision der kundenindividuellen Massenfertigung propagiert [Pine-93, Pill-98]. Für die Fertigungssteuerung entscheidend ist es, inwieweit sich die Variantenvielfalt auf der Erzeugnisebene bis in die Fertigung auswirkt. Ziel sollte es sein, die Variantenzahl insgesamt gering zu halten und die Varianten zudem zu einem möglichst späten Zeitpunkt zu bilden. Darauf zielen etwa Baukastensysteme, Plattformkonzepte, Gleichteilestrategien oder die Verlagerung variantenbildender Fertigungsprozesse in die Montage nach dem Konzept der Flexiblen Produktionsendstufe [Röhr-02, Wien-04]. Im Idealfall bleibt die Fertigung von der Variantenvielfalt der Erzeugnisse unberührt. Dies ermöglicht es, Komponenten kundenanonym vorzufertigen und reduziert die Lieferzeit zum Kunden. In der betrieblichen Praxis wird dieser Idealfall jedoch längst nicht immer erreicht. Entsprechend gewinnt die Fähigkeit an Bedeutung, variantenreiche Fertigungen logistisch beherrscht steuern zu können.

5.5 Materialflusskomplexität Eng mit der Variantenzahl verknüpft ist die Komplexität des Materialflusses. Diese hängt zum einen ab von der Anzahl der möglichen Vorgänger und Nachfolger eines Arbeitssystems. Zum anderen steigt sie mit der Anzahl der Rückflüsse im Materialfluss an. Rückflüsse entstehen, wenn die Arbeitssysteme einer Fertigung nicht mehr in eine solche Reihenfolge gebracht werden können, die alle Aufträge in die gleiche Richtung durchlaufen. Dementsprechend hat eine Fertigungslinie die niedrigste Materialflusskomplexität (Bild 5.6 a). Jedes Arbeitssystem hat höchstens einen Vorgänger und höchstens einen Nachfolger. Es gibt keine Rückflüsse. Die Materialflusskomplexität steigt mit der Zahl der möglichen Vorgänger- und Nachfolgerarbeitssysteme (Bild 5.6 b) sowie mit der Zahl der Rückflüsse (Bild 5.6 c) an. Büchel und Sainis haben Kennzahlen entwickelt, um die Materialflusskomplexität einer Fertigung messen und bewerten zu können [Büch-68, Sain-75].

5.6 Schwankungen des Kunden- und Kapazitätsbedarfs

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IFA G9702

Bild 5.6

Formen der Materialflusskomplexität

Die Materialflusskomplexität wirkt sich direkt auf die Eignung verschiedener Fertigungssteuerungsverfahren aus. Ein einfacher Materialfluss ist auch einfacher zu steuern als ein komplexer Materialfluss. Rückflüsse können die Anwendbarkeit vor allem dezentraler Fertigungssteuerungsverfahren generell in Frage stellen [Lödd-01]. Einige Verfahren nutzen die Materialflusskomplexität aus, um durch Reihenfolgevertauschungen bei der Auftragsfreigabe eine gleichmäßigere Auslastung der Arbeitssysteme zu erzielen. Diese Auftragsfreigabeverfahren verlieren in sehr einfachen Materialflüssen ihre Wirksamkeit. Des Weiteren beeinflusst die Materialflusskomplexität die Wahl des Teileflusses. Bei einem einfachen Materialfluss kann ein Teilefluss nach dem One-pieceflow-Prinzip zum Teil auch bei einer hohen Variantenvielfalt realisiert werden. Dies ist bei komplexen Materialflüssen meist schon aus Gründen des Layouts nicht möglich. Daher sollte es bei einer hohen Variantenvielfalt ein Ziel sein, die Materialflusskomplexität gering zu halten und einen einheitlichen Durchlauf der Varianten durch die Fertigung anzustreben.

5.6 Schwankungen des Kunden- und Kapazitätsbedarfs In der Regel fragen die Kunden die Produkte eines Unternehmens ungleichmäßig nach, so dass Bedarfsratenschwankungen entstehen. In einer Lagerfertigung müssen die Bedarfsratenschwankungen über den Sicherheitsbestand abgepuffert werden, um einen gleichmäßig hohen Servicegrad gewährleisten zu können. In der Fertigung verursachen Bedarfsratenschwankungen unabhängig von der Art der Auftragsauslösung Schwankungen im Kapazitätsbedarf. Diese sind zwar meist geringer als die Bedarfsratenschwankungen. Häufig gleicht die verstärkte

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5 Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale

Nachfrage nach einem Produkt nämlich die verringerte Nachfrage nach einem anderen Produkt aus. Die resultierenden Bedarfsratenschwankungen sind jedoch in aller Regel noch so erheblich, dass ein Unternehmen auf sie reagieren muss. Dies gilt besonders auch dann, wenn durch die Schwankungen der Nachfrage die Engpassarbeitssysteme der Produktion im Zeitverlauf wechseln. Dies ist etwa der Fall, wenn die Kunden in einer Periode vermehrt die Produkte nachfragen, die ein Arbeitssystem besonders stark belasten, das bei einem durchschnittlichen Produktmix über ausreichende Kapazitäten verfügte. Unternehmen verfügen über zwei Möglichkeiten, auf Schwankungen des Kapazitätsbedarfs zu reagieren: Sie können ihre Kapazitätsflexibilität nutzen, um den Schwankungen des Kapazitätsbedarfs zu folgen. Und sie können die Belastungsflexibilität einsetzen, um die Schwankungen des Kapazitätsbedarfs zu verringern. Kapazitätsflexibilität ist die Fähigkeit, die Kapazitäten schnell und kostengünstig an einen geänderten Kapazitätsbedarf anzupassen (vgl. Kap. 26). Belastungsflexibilität ist die Fähigkeit, die Belastung an die verfügbare Kapazität anzupassen. Belastungsflexibilität entsteht durch die Möglichkeit, • • •

Kundenaufträge abzulehnen, wenn die Kapazitäten bereits verplant sind, Aufträge oder Arbeitsvorgänge fremd zu vergeben, den Start- oder den Endtermin eines Auftrags verschieben zu können.

Der Starttermin eines Auftrags kann – in Grenzen – verschoben werden, wenn die Durchlaufzeit eines Auftrags kleiner ist als die Lieferzeit. Die Endtermine der Aufträge sind in der Regel weniger flexibel. Für die Fertigungssteuerung ist entscheidend, dass Belastungs- und Kapazitätsflexibilität insgesamt ausreichen, um Schwankungen der Bedarfsrate auszugleichen. Andernfalls ist es auch theoretisch nicht möglich, eine hohe logistische Zielerreichung zu gewährleisten. Dies ist in der Praxis im Übrigen nicht selten der Fall: Wenn der Vertrieb bei günstiger Konjunkturlage oder durch verkaufsfördernde Maßnahmen mehr Aufträge akquiriert als die Produktion fertig stellen kann, kann auch bei guter Fertigungssteuerung keine hohe Liefertermintreue erzielt werden. Reicht die Belastungs- und Kapazitätsflexibilität hingegen aus, um die Kapazitätsbedarfsschwankungen zu kompensieren, kann mindestens potentiell eine hohe Liefertermintreue erreicht werden. Eine mangelnde Zielerreichung ist dann häufig auf Fehler in der Fertigungssteuerung zurückzuführen. Hohe Schwankungen der Bedarfsrate sind im Übrigen kein unveränderliches Eingangsdatum der Produktionsplanung. Unternehmen können durch die Kooperation mit den Kunden in vielen Fällen einen gleichmäßigeren Nachfrageverlauf erreichen. Dies ist ein wesentliches Anliegen des im folgenden Kapitel diskutierten Supply Chain Managements.

6 Supply Chain Management (SCM)

Produzierende Unternehmen sind in logistische Netzwerke eingebunden. Sie beziehen Rohstoffe und Komponenten von Lieferanten und liefern Erzeugnisse an Kunden, die diese entweder weiterverarbeiten, unverändert verkaufen oder nutzen bzw. verbrauchen. Der Nutzen des Endkunden und die Kosten des Enderzeugnisses hängen damit von der Leistung des gesamten logistischen Netzwerks ab. Häufig sind es die Schnittstellen zwischen den Unternehmen eines logistischen Netzwerks, an denen Reibungsverluste entstehen. Entsprechend können hier Kosten gesenkt und die Voraussetzungen für eine hohe logistische Leistung gegenüber dem Endkunden geschaffen werden. Es dürfte nur wenige Managementkonzepte geben, die seit den 1990er Jahren eine derartige Beachtung erfahren wie das Supply Chain Management, das sich der Gestaltung und dem Betrieb von logistischen Netzwerken widmet. Abschnitt 6.1 führt in das Konzept des Supply Chain Managements (SCM) ein und erläutert dessen Zielsetzung und Aufgabe. Eine wesentliche Ursache für die Notwendigkeit eines abgestimmten Lieferkettenmanagements ist der sog. Bullwhip-Effekt. Er beschreibt, wie sich Nachfrageschwankungen über die Lieferkette verstärken. Ursache und Wirkung des Bullwhip-Effekts und geeignete Gegenmaßnahmen sind Inhalt von Abschnitt 6.2. Unter dem Stichwort SCM werden mehrere, in der Regel unabhängig voneinander entwickelte Methoden zusammengefasst. Abschnitt 6.3 beschreibt eine Auswahl dieser Methoden in kurzer Form.

6.1 Definition Bild 6.1 zeigt das vereinfachte Scor-Modell einer einfachen Lieferkette vom Lieferanten des Lieferanten bis zum Kunden des Kunden. Der Prozess der Auftragsabwicklung in der Lieferkette wird durch die drei Grundprozesse Liefern, Beschaffen und Herstellen beschrieben. Diese werden durch einen übergeordneten Planungsprozess koordiniert. Nicht explizit im Bild dargestellt sind mögliche Läger und Distributionszentren sowie Transporteure.

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6 Supply Chain Management

IFA F6413b

Bild 6.1

Modellierung einer Lieferkette (Supply Chain Council)

Die Akteure der Lieferkette beschaffen Rohstoffe, wandeln sie in Zwischenund Endprodukte um und verteilen diese an den Endkunden [Lee-92, Zäpf-03]. Der häufig verwendete und sehr anschauliche Begriff der Lieferkette (englisch: Supply Chain) legt lineare Beziehungen zwischen den beteiligten Unternehmen nahe. Dagegen ist die betriebliche Praxis durch eine Vernetzung der Unternehmen gekennzeichnet. Zum einen kooperieren Unternehmen meist mit einer Vielzahl von Kunden und Lieferanten. Zum anderen stellen sie häufig eine Vielzahl von Produkten her und sind daher Bestandteil unterschiedlicher Lieferketten. Entsprechend setzt sich zunehmend auch der Begriff des logistischen Netzwerks (auch: Liefernetzwerk) durch [Hieb-02]. In der Literatur finden sich zahlreiche Definitionen für das Supply Chain Management (vgl. [Bech-97] für eine Übersicht). Simchi-Levi, Kaminsky und Simchi-Levi definieren das Supply Chain Management wie folgt [Simc-00]: „Supply Chain Management ist ein Methodenset, das dazu dient, Lieferanten, Hersteller, Läger und Handel effizient zu integrieren, so dass Waren in den richtigen Mengen, zu den richtigen Orten und zur richtigen Zeit produziert und distribuiert werden, um die systemweiten Kosten zu minimieren und den notwendigen Servicegradanforderungen zu genügen.“ Das Supply Chain Management betrachtet im Gegensatz zur Produktionsplanung und -steuerung nicht einzelne Unternehmen, sondern logistische Netzwerke bzw. Lieferketten. Im Mittelpunkt steht die Kooperation zwischen den Partnern des logistischen Netzwerks. Ziel ist es, alle Partner auf einen möglichst hohen Gesamtnutzen auszurichten und Reibungsverluste zu vermeiden bzw. zu minimieren. Im Idealfall resultiert aus dieser Kooperation ein Wettbewerbsvorteil durch reduzierte Kosten und/oder einen gesteigerten Kundennutzen (wie z. B. kürzere Lieferzeiten). Das Supply Chain Management profitiert dabei von den Fortschritten in den Informations- und Kommunikationstechnologien. Diese senken die Kosten für die Gewinnung, Aufbereitung und Verteilung von Informationen. Eine wesentliche Zielsetzung des Supply Chain Management ist es damit, die Waren- und Informationsflüsse in einer Lieferkette besser zu koordinieren. Gelingt dies nicht, droht eine Verzerrung von Nachfrageinformationen durch den sog. Bullwhip-Effekt.

6.2 Bullwhip-Effekt

109

6.2 Bullwhip-Effekt Der folgende Abschnitt erläutert drei Aspekte: Erstens, was der Bullwhip-Effekt ist und welche Folgen er für Unternehmen in logistischen Netzwerken hat (Abschn. 6.2.1). Zweitens, welches die Ursachen für die Entstehung des BullwhipEffekts sind (Abschn. 6.2.2). Und drittens, wie der Bullwhip-Effekt vermieden oder zumindest reduziert werden kann (Abschn. 6.2.3). 6.2.1 Darstellung und Folgen Forrester entdeckte den Bullwhip-Effekt (dt.: Stierpeitscheneffekt) schon Ende der fünfziger Jahre, als er industrielle Nachfrageschwankungen untersuchte [Forr-61]. Der Effekt wird seitdem auch Forrester-Effekt genannt. Er beschreibt das Phänomen, dass sich Nachfrageschwankungen in Lieferketten verstärken. Diese Verstärkung ist umso größer, je weiter die Partner einer Lieferkette vom Endkunden entfernt sind. In einer Lieferkette, die aus Kunden, einem Endproduzenten, einem Lieferanten und einem Unterlieferanten besteht, erfährt der Endproduzent die niedrigsten Nachfrageschwankungen und der Unterlieferant die höchsten (Bild 6.2). Materialfluss Informationsfluss

Kunde

Unterlieferant

Lieferant

Endproduzent

a) Lieferkette 1500 ME/ Woche 1300

Bedarf des Endproduzenten

Kundenbedarf

1200 1100 1000 900 800 700 600 100

Produktionsbedarf des Unterlieferanten

Bedarf des Lieferanten

10

20

30

40

50

60

70

Produktionsausstoß des Unterlieferanten

80

90

Zeit b) Dynamisches Verhalten durch zufällige Schwankungen in der Kundennachfrage

Wochen

110

IFA G8108

Bild 6.2

Visualisierung des Bullwhip-Effekts (Forrester, zitiert nach Breithaupt)

Der Bullwhip-Effekt vermindert die logistische Leistung eines Netzwerkes und erhöht die Logistikkosten. Er schadet damit der Wettbewerbsfähigkeit des Netzwerkes. Diese negativen Auswirkungen betreffen insbesondere drei Aspekte: •

Dimensionierung bzw. Auslastung der Kapazitäten: Die schwankende Nachfrage verursacht schwankende Kapazitätsbedarfe und stellt Unternehmen vor

110

6 Supply Chain Management

ein Dilemma: Dimensioniert ein Unternehmen die Kapazität nach dem mittleren Bedarf, wird es in Perioden mit hoher Nachfrage regelmäßig Lieferengpässe verursachen. Passt es die Kapazität an den maximalen Bedarf an, nimmt es hohe Auslastungsverluste in Kauf. Der Bullwhip-Effekt fördert so den Aufbau von Überkapazitäten und wirkt negativ auf die Liefertreue von Unternehmen. Bestandsschwankungen: Die unterschiedliche Amplitude der Kapazitätsbedarfsschwankungen in einer Lieferkette führt zu Bestandsschwankungen auf den einzelnen Stufen einer Lieferkette. Liefert ein Partner der Lieferkette mehr, als die nächste Stufe der Lieferkette weitergibt, baut sich ein Bestand auf. Im umgekehrten Fall reduziert sich der Bestand. Ein hoher Bestand verursacht eine hohe Kapitalbindung, ein zu niedriger Bestand gefährdet die Liefertreue. Bestandsaufbau: Der zur Sicherstellung eines ausreichenden Servicegrads erforderliche Sicherheitsbestand nimmt mit der Schwankung der Nachfrage zu (vgl. ausführlich Abschn. 3.1.3). Da der Bullwhip-Effekt die Nachfrageschwankungen verstärkt, erhöht er die erforderlichen Sicherheitsbestände.

•

•

Ein wesentliches Ziel des Supply Chain Managements wie der Produktionsplanung und -steuerung sollte daher sein, den Bullwhip-Effekt zu reduzieren bzw. ganz zu vermeiden. Dazu ist es erforderlich, die Ursachen für die Verstärkung der Nachfrageschwankungen zu analysieren. 6.2.2 Ursachen Es gibt mindestens sieben Ursachen für die Entstehung des Bullwhip-Effekts und eine für dessen Begrenzung: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

konstante Durchlaufzeiten dezentrale Absatzplanung [Lee-97, Lee-97b] vergangenheitsbasierte Prognosemethoden [Lee-97, Lee-97b] Losbildung [Lee-97, Lee-97b] Preisschwankungen [Lee-97, Lee-97b] Überbestellungen bei Lieferengpässen [Lee-97, Lee-97b] Informationslaufzeiten Kapazitätsrestriktionen

1.

Konstante Durchlaufzeiten verstärken Nachfrageschwankungen, weil sie Bestandsschwankungen auf den Stufen der Lieferkette verursachen.

Konstante Durchlaufzeiten sind eine wesentliche Ursache für den BullwhipEffekt. Sie verstärken Nachfrageschwankungen, weil sie Bestandsschwankungen verursachen. Nach dem Gesetz von Little gilt [Litt-61, Nyhu-99]:

Bm = ZDLm ⋅ Lm mit

Bm ZDLm Lm

mittlerer Bestand [ME] mittlere Durchlaufzeit [BKT] mittlere Leistung [ME/BKT]

(6.1)

6.2 Bullwhip-Effekt

111

Plant ein Unternehmen mit konstanten Durchlaufzeiten, erhöht sich bei einer erhöhten Nachfrage der Plan-Bestand; bei einer reduzierten Nachfrage sinkt er. Diese Änderung des Plan-Bestands wirkt sich unmittelbar auf den (kumulierten) Plan-Abgang der vorhergehenden Stufe der Lieferkette aus. Zwischen dem kumulierten Abgang der nachfolgenden Stufe, ihrem Bestand und dem kumulierten Abgang der vorhergehenden Stufe besteht nämlich die folgende Beziehung:

AB Plan ,i = AB Plan ,i +1 + B Plan ,i +1 mit

ABPlan,i ABPlan,i+1 BPlan,i+1

(6.2)

kumulierter Plan-Abgang von Stufe i der Lieferkette (vorhergehende Stufe) [ME] kumulierter Plan-Abgang von Stufe i+1 der Lieferkette (nachfolgende Stufe) [ME] Plan-Bestand von Stufe i+1 der Lieferkette (nachfolgende Stufe) [ME]

Die vorgelagerten Lieferstufen müssen ihre Leistung also über die erhöhte Nachfrage des Kunden hinaus erhöhen, um so den Bestandsaufbau auf den nachfolgenden Lieferstufen zu ermöglichen. Der Bestandsaufbau ist aufgrund des Gesetzes von Little umso höher, je länger die Durchlaufzeiten sind (vgl. dazu die folgenden Ausführungen zur dezentralen Absatzplanung). Bild 6.3 stellt die Zusammenhänge im Überblick dar. Betrachtet werde eine Lieferkette mit einem Produzenten, einem Händler und einem Kunden (Bild 6.3 a). Das Bild zeigt außerdem den Nachfrageverlauf (Bildteil b) und das Fortschrittszahlendiagramm (Bildteil c). Die Fortschrittszahl einer Variante entspricht dem kumulierten Abgang der Variante an einem Messpunkt. In diesem Fall entspricht die Fortschrittszahl des Produzenten dem kumulierten Abgang des Produzenten (und damit dem kumulierten Zugang des Händlers). Entsprechend ist die Fortschrittszahl des Händlers als kumulierter Abgang des Händlers definiert und markiert den Übergang des Produkts an den Endkunden. Um andere Einflüsse auszuschließen, sei der Handel zu jedem Zeitpunkt exakt über die aktuelle Nachfrage informiert und leite seine Bestellungen unmittelbar an den Produzenten weiter. Des Weiteren wird auch die Losbildung vernachlässigt. Der Händler verfolge die Strategie, stets einen Bestand von einer Periode auf Lager zu halten (er strebt damit eine konstante Durchlaufzeit von einer Periode an). Zum Zeitpunkt t1 steige die Nachfrage von vier auf acht Mengeneinheiten pro Periode an. Der Händler erhöht daher den Bestand von vier auf acht Mengeneinheiten, um wiederum eine Bestandsreichweite von einer Periode zu gewährleisten. In diesem Fall nimmt der Produzent zum Zeitpunkt t1 einen Sprung in der Nachfrage um vier Mengeneinheiten wahr. Dieser einmalige Nachfragesprung ist erforderlich, um den Bestand des Händlers zu verdoppeln. Er ist vom Produzenten zusätzlich zur Verdoppelung der Nachfrage zu leisten. Ein umgekehrtes Bild würde sich bei einer Nachfrageverringerung ergeben. Der Händler würde den Bestand reduzieren, und daher für eine Übergangszeit keine Bestellungen beim Produzenten in Auftrag geben.

112

6 Supply Chain Management

IFA 10.690c

Bild 6.3

Darstellung des Bullwhip-Effekts bei sprunghafter Erhöhung der Nachfrage

Insgesamt führen konstante Durchlaufzeiten damit zu einer prozyklischen Verstärkung von Nachfrageschwankungen. Konstante Plan-Durchlaufzeiten und schwankende Plan-Bestände sind dabei für alle drei von Kuhn definierten elementaren Referenzprozesse der Logistik: Produzieren/Prüfen, Lagern und Transportieren [Kuhn-95] nicht untypisch. Produzieren/Prüfen: In den meisten PPS-Systemen sind konstante PlanDurchlaufzeiten sowohl für Komponenten und Teile als auch für Arbeitssysteme hinterlegt. Lagern: Die Anwendung des Bestellrhythmusverfahrens führt zu (näherungsweise) konstanten Lagerdurchlaufzeiten. Kritisch ist bei allen Verfahren der Lagerfertigung zudem die Dimensionierung des Sicherheitsbestands. Nimmt der Sicherheitsbestand mit der Nachfrage des Kunden zu, führt dies bei einer erhöhten Nachfrage des Kunden zu einer zusätzlichen Last für vorgelagerte Lieferstufen.

6.2 Bullwhip-Effekt

113

Bezüglich des Bullwhip-Effekts besonders ungeeignet ist damit die weit verbreitete Praxis, die Sicherheitsbestände in Form einer Sicherheitsreichweite als Vielfaches der (durchschnittlichen) Tages-, Wochen- oder Monatsnachfrage festzulegen. Transportieren: Auch im Transport sind konstante Durchlaufzeiten nicht ungewöhnlich. Sie ergeben sich z. B., wenn feste Transportrhythmen vorliegen (z. B. Taktfahrplan oder Belieferung an bestimmten Wochentagen). 2.

Die Prognose der Nachfrage auf Basis der Bestellungen der nachgelagerten Stufe der Lieferkette erhöht die Nachfrageschwankungen in der Lieferkette.

Ein Unternehmen hat zwei Möglichkeiten, die Nachfrage nach einem Produkt abzuschätzen. Zum einen kann es die Nachfrage des Endkunden als Basis der Absatzprognose verwenden (im Folgenden: zentrale Absatzplanung), zum anderen die Bestellungen der nachgelagerten Stufe der Lieferkette (im Folgenden: dezentrale Absatzplanung). Unter der Annahme konstanter Durchlaufzeiten (s.o.) führt eine dezentrale Absatzplanung zu einer erheblichen Verstärkung des Bullwhip-Effekts. Zur Erläuterung werde eine Lieferkette mit einem Endkunden, einem Produzenten und einem Lieferanten betrachtet (Bild 6.4 a). Der Verlauf der Nachfrage des Endkunden schwinge sinusförmig um einen Mittelwert. Die Plan-Durchlaufzeit zwischen Produzent und Händler sei wie die Plan-Durchlaufzeit zwischen Lieferant und Produzent konstant. Versucht der Lieferant, die Durchlaufzeit zum Endkunden konstant zu halten (zentrale Absatzplanung), erklärt sich die höhere Schwankung der Plan-Leistung im Vergleich zum Produzenten allein aus der längeren Durchlaufzeit zum Endkunden (die Bestandsschwankung nimmt nach Gl. 6.1 mit der Länge der Durchlaufzeit zu). Diese Situation ändert sich grundlegend, wenn der Lieferant den Absatz auf Grundlage der Plan-Leistung des Produzenten plant. In diesem Fall berücksichtigt der Lieferant also ausschließlich die Durchlaufzeit zum Produzenten und vernachlässigt die Durchlaufzeit vom Produzenten zum Kunden. Im Vergleich zur zentralen Absatzplanung erhöht sich die Nachfrageschwankung (Bild 6.4 b). Ursache hierfür ist, dass der Lieferant die Erhöhung der Plan-Leistung des Produzenten, die lediglich dem Bestandsaufbau in der Lieferkette dient, als langfristig wirksame Nachfrageerhöhung fehlinterpretiert. Als Folge versucht der Lieferant, einen Bestand aufzubauen, der dieser hohen Scheinnachfrage entspricht. Entsprechend fällt die eigene Erhöhung der Plan-Leistung weitaus höher aus als die des Produzenten. Die Auswirkungen einer dezentralen Absatzplanung lassen sich mit Hilfe von Little´s Law auch mathematisch beschreiben [Schö-03]. Simchi-Levi, Kaminsky und Simchi-Levi führen die Verstärkung von Nachfrageschwankungen u. a. auf die Prognosemethoden zurück [Simc-00]. Danach verstärken sich die Nachfrageschwankungen bei einer dezentralen Absatzplanung wesentlich stärker als bei einer zentralen Absatzplanung (vgl. dazu auch den nächsten Abschnitt).

114

6 Supply Chain Management

IFA 10.947b

Bild 6.4

3.

Bullwhip-Effekt bei zentraler und bei dezentraler Absatzplanung

Vergangenheitsbasierte Prognosemethoden erhöhen die Nachfrageschwankungen in Lieferketten.

Simchi-Levi, Kaminski und Simchi-Levi untersuchen den Einfluss vergangenheitsbasierter Prognosemethoden auf den Bullwhip-Effekt [Simc-00]. Sie setzen dafür voraus, dass die Partner im logistischen Netzwerk ein Bestellbestandsverfahren einsetzen (vgl. dazu ausführlich Kap. 8). Immer, wenn der Bestand für eine bestimmte Variante den Bestellbestand erreicht oder unterschreitet, bestellt das Unternehmen beim Bestellbestandsverfahren diese Variante beim Lieferanten nach. Die Bestellmenge hängt dabei häufig von Mittelwert und Standardabweichung der erwarteten Nachfrage ab [Simc-00]. Bestimmt das Unternehmen Mittelwert und Standardabweichung der Nachfrage auf Basis von Vergangenheitsda-

6.2 Bullwhip-Effekt

115

ten, schwanken Mittelwert und Standardabweichung der gemessenen Nachfrage über der Zeit. Dadurch werden unterschiedliche Sicherheitsbestände berechnet. Dies führt zu veränderten Bestellbeständen und Bestellmengen und verursacht so zusätzliche Bedarfsratenschwankungen auf der vorgelagerten Stufe der Lieferkette. Als Resultat verstärken sich aus Sicht dieser Stufe die Nachfrageschwankungen. Die Verstärkung nimmt mit der Durchlaufzeit zu. Sie kann jedoch über eine hohe Anzahl von Messwerten reduziert werden [Simc-00], die bei der Bildung des Mittelwertes berücksichtigt wird. 4.

Die Losbildung verzerrt die Nachfrageinformation und verursacht Nachfrageschwankungen in der Lieferkette.

Um Rüstkosten oder bestellfixe Kosten zu reduzieren, fassen Unternehmen – wie erwähnt – Bedarfe zu Losen zusammen. Dies führt selbst bei einer konstanten Nachfrage der Endkunden dazu, dass die Lieferanten eine verzerrte Nachfrage wahrnehmen (Bild 6.5).

IFA 10.671

Bild 6.5

Verzerrung der Nachfrage durch Losbildung

Die konstante Nachfrage der Endkunden wird umgewandelt in zeitpunktbezogene Bedarfe in Höhe der Losgröße und Zeiträume ohne Nachfrage. Lee, Padhmanaban und Wang [Lee-97b] untersuchen den Bullwhip-Effekt, der sich ergibt, wenn mehrere Händler in festen Bestellrhythmen Bestellungen aufgeben. Sie unterscheiden dazu drei Fälle:

• • •

Positiv korrelierte Bestellzeitpunkte: Die Händler bestellen in festen Bestellrhythmen. Die Bestellzeitpunkte sind gleich (z. B. immer montags). Unkorrelierte Bestellzeitpunkte: Die Händler bestellen unabhängig voneinander in festen Bestellrhythmen und stimmen die Bestellzeitpunkte nicht ab. Negativ korrelierte Bestellzeitpunkte: Die Händler bestellen in festen Bestellrhythmen. Die Bestellzeitpunkte der einzelnen Händler sind jedoch unterschiedlich (z. B. Händler A am Montag, Händler B am Dienstag, usw.).

116

6 Supply Chain Management

Positiv korrelierte Bestellzeitpunkte verzerren die Nachfrage am meisten. Der Produzent nimmt für kurze Zeitperioden eine sehr hohe Nachfrage wahr. Anschließend folgen längere Zeitperioden mit geringer bzw. ohne Nachfrage. Auch nicht korrelierte, zufällige Bestellzeitpunkte verzerren die Nachfrage. Es wird zufällig Zeitpunkte geben, zu denen viele Händler bestellen und andere Zeitpunkte, zu denen nur wenige Bestellungen aufgegeben werden. Die Verzerrung der Nachfrage ist jedoch geringer als im Fall positiv korrelierter Bestellzeitpunkte. Im Idealfall negativ korrelierter Bestellzeitpunkte kann die Nachfrageverzerrung, die sich aus der Losbildung ergibt, ggf. vollständig aufgehoben werden [Lee-97b]. Ob und wie die Bestellzeitpunkte in der Praxis korreliert sind, hängt vom Einzelfall ab. Lee, Padhmanaban und Wang nennen zwei Gründe für eine positive Korrelation der Bestellzeitpunkte [Lee-97]:

• •

5.

Periodische MRP-Läufe: Viele Unternehmen führen ihre MRP-Läufe periodisch aus, z. B. zum Wochen- oder Monatsbeginn. Entsprechend werden auch die Bestellungen zum Wochen- bzw. Monatsbeginn ausgelöst. Quartals- bzw. Jahresendspitzen: Viele Verkäufer werden pro Quartal bzw. pro Jahr evaluiert. Sie bemühen sich dann besonders gegen Ende des Evaluationszeitraums, die Verkaufsvorgaben noch zu erreichen und ziehen ggf. Bedarfe vor. Als Folge steigen die Bestellungen an, obwohl keine entsprechende Nachfrage der Endkunden besteht. Preisschwankungen können zu einer Verstärkung von Nachfrageschwankungen beitragen.

Viele Unternehmen variieren den Preis ihrer Produkte und bieten den Endkunden oder dem Handel in Marketingaktionen zeitlich begrenzte Preisnachlässe an. Als Folge beginnen die Kunden, mit der Ware zu spekulieren. Sie ziehen bei niedrigen Preisen Bedarfe vor und schieben sie bei hohen Preisen auf. Dieses Käuferverhalten erhöht die Nachfrageschwankungen und trägt so zum Bullwhip-Effekt bei [Lee-97, Lee-97b]. 6.

Lieferengpässe können Kunden zu Überbestellungen veranlassen, die die Nachfrageschwankungen erhöhen.

Übersteigt die Nachfrage nach einem Produkt das Angebot, resultiert daraus ein Lieferengpass. Lieferanten sind dann gezwungen, das Produkt zu rationieren und die verfügbare Menge auf die Kunden aufzuteilen. Erfüllt der Lieferant in einer derartigen Situation jede Bestellung zum gleichen Prozentsatz, kann dies die Kunden dazu verleiten, mehr zu bestellen, als sie tatsächlichen benötigen. So wird ein Kunde das Doppelte seines Bedarfs bestellen, wenn er eine Erfüllungsquote von 50% erwartet. Die Bestellungen übersteigen dann den tatsächlichen Bedarf und verzerren so die Nachfrageinformationen [Lee-97, Lee-97b]. 7.

Lange Informationslaufzeiten verstärken Nachfrageschwankungen in der Lieferkette.

Informationslaufzeiten können Nachfageinformationen verzerren. Erfährt ein Produzent erst verspätet von einer Nachfrageerhöhung (in Bild 6.6 zum Zeitpunkt t2 statt zum Zeitpunkt t1), kann er seine Leistung nicht rechtzeitig erhöhen. Der Bestand in der Lieferkette reduziert sich. Es können Lieferschwierigkeiten entstehen.

6.2 Bullwhip-Effekt

117

Der Produzent gerät in Rückstand. Um diesen Rückstand aufzuholen, muss er die Leistung zeitweise stärker erhöhen, als es die Steigerung der Kundennachfrage erforderte (in Bild 6.6 von Zeitpunkt t2 bis zu Zeitpunkt t3).

IFA 10.689

Bild 6.6

Einfluss von Informationslaufzeiten auf den Bullwhip-Effekt

Lange Informationslaufzeiten entstehen z. B., wenn ein Partner eines logistischen Netzwerkes nicht auf Grundlage der Nachfragen des Endkunden plant, sondern auf der Basis der Bestellungen des nachfolgenden Partners. Dann geben die Bestellrhythmen der Partner und ihre Abstimmung die Informationslaufzeit vor. 8.

Kapazitätsrestriktionen begrenzen den Bullwhip-Effekt. Begrenzte Kapazitäten können zwar zu Lieferengpässen führen, den Handel zu übertriebenen Bestellungen verleiten und damit den Bullwhip-Effekt verstärken. Umgekehrt können Kapazitätsgrenzen jedoch auch dazu beitragen, den BullwhipEffekt zu dämpfen. Die Argumentation in einigen der vorangegangenen Abschnitte setzt implizit eine unbegrenzte Kapazität voraus, indem sie sich auf Plan-Werte für den Bestand und die Leistung bezieht. Sie gilt daher nur unter der Voraussetzung exakt, dass die tatsächlichen Abläufe den geplanten entsprechen. Dies wird spätestens dann unrealistisch, wenn die Plan-Leistung die maximale Kapazität übertrifft. In diesem Fall können die Bestände in der Lieferkette bei einer Erhöhung der Nachfrage nicht so stark erhöht werden wie geplant. Entsprechend fällt auch eine Bestandsreduzierung bei verringerter Nachfrage geringer aus. Kapazitätsrestriktionen begrenzen so den Bullwhip-Effekt. Die in der Praxis zu beobachtenden Nachfrageschwankungen sind folglich eher geringer, als es die theoretischen Überlegungen erwarten lassen würden.

118

6 Supply Chain Management

Dies wirft ein überraschendes Licht auf das Bemühen vieler Unternehmen, ihre Kapazitätsflexibilität zu erhöhen, wenn sie die Bestellungen des nachfolgenden Partners der Lieferkette nicht (termingerecht) erfüllen können. Aus der Perspektive der gesamten Lieferkette betrachtet, hebt eine Kapazitätserhöhung ggf. lediglich eine Begrenzung des Bullwhip-Effekts auf. Als Folge verstärkt sich der Bullwhip-Effekt, und die Nachfrageschwankungen nehmen weiter zu, so dass – ggf. bei einem anderen Partner im logistischen Netzwerk – erneut Lieferengpässe entstehen. Es schließt sich der Fehlerkreis der Kapazitätsplanung in der Lieferkette (Bild 6.7).

IFA 10.647

Bild 6.7

Fehlerkreis der Kapazitätsplanung in der Lieferkette

Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Fehlerkreis nicht mit empirischen Daten überprüft wurde, sondern lediglich auf einer Analyse der Wirkzusammenhänge des Bullwhip-Effekts beruht. In jedem Fall scheint es jedoch sinnvoller zu sein, den Bullwhip-Effekt zu reduzieren als die Kapazitätsflexibilität zu erhöhen. Geeignete Maßnahmen dafür werden im nächsten Abschnitt diskutiert. 6.2.3 Gegenmaßnahmen Ziel des Supply Chain Managements wie der Produktionsplanung und -steuerung sollte es sein, den Bullwhip-Effekt weitestmöglich zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Geeignete Maßnahmen dazu ergeben sich direkt aus den Ursachen des Bullwhip-Effekts. Im Folgenden werden acht Maßnahmen erläutert: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Bestandsregelung Reduzierung der Durchlaufzeiten Zentrale Absatzplanung Träge Prognosemethoden Kleine Losgrößen Verringerung von Preisschwankungen Kooperation von Handel und Produzenten bei Lieferengpässen Vermeidung von Informationslaufzeiten

6.2 Bullwhip-Effekt

119

Die Maßnahmen 1, 3 und 8 betreffen unmittelbar die Erzeugung von Aufträgen. Sie werden zu einem Leitsatz zusammengefasst, der in den folgenden Kapiteln der Bewertung von Auftragserzeugungsverfahren dient: Leitsatz: Verfahren der Auftragserzeugung sollten Nachfrageinformationen möglichst schnell und unverzerrt kommunizieren. Der Nutzen träger Prognosemethoden (vierte Maßnahme) ist besonders für die Festlegung der Verfahrensparameter einsichtig: Sicherheitsbestände sollten nur sehr vorsichtig angepasst werden, um eine Verzerrung von Nachfrageinformationen zu vermeiden. Die Reduzierung der Durchlaufzeiten (zweite Maßnahme) ist eine Aufgabe, die von vielen Einflussfaktoren beeinflusst wird. Die wichtigsten sind: Art des Materialflusses, Losgrößenbestimmung, Plan-Durchlaufzeiten sowie Auftragsfreigabe. Die Reduzierung der Losgrößen (fünfte Maßnahme) betrifft zum einen die Produktionsplanung. Zum anderen setzt sie häufig eine Verkürzung der Rüstzeiten voraus. Die Verringerung von Preisschwankungen (sechste Maßnahme) sowie die Kooperation mit dem Handel (siebte Maßnahme) liegen dagegen häufig außerhalb des Einflussbereiches der Produktionsplanung oder der Fertigungssteuerung. Die Maßnahmen werden im Folgenden einzeln erläutert. 1.

Eine Bestandsregelung verhindert die Verstärkung von Nachfrageschwankungen

Eine sehr effektive Möglichkeit, den Bullwhip-Effekt zu vermeiden ist es, statt konstanter Durchlaufzeiten konstante Bestände vorzugeben. Dies sei zunächst für den Fall einer sprunghaften Erhöhung der Nachfrage auf das Doppelte des ursprünglichen Wertes erläutert (Bild 6.8).

IFA 10.680

Bild 6.8

Vergleich der Vorgabe konstanter Durchlaufzeiten mit der Vorgabe konstanter Bestände bei einer sprunghaften Nachfrageänderung

120

6 Supply Chain Management

Bei Vorgabe konstanter Plan-Durchlaufzeiten (Bild 6.8 a) bewirkt – wie in Bild 6.3 gezeigt – die Erhöhung der Nachfrage eine sprunghafte Veränderung des PlanAbgangs und damit eine Unstetigkeit im Leistungsverlauf (Verlauf 1, vgl. dazu die obigen Ausführungen). Dies kann nur vermieden werden, wenn die Leistung vor dem Nachfrageanstieg erhöht wird (Verlauf 2). Der erforderliche Vorlauf entspricht genau der Durchlaufzeit. Eine vorzeitige Erhöhung der Leistung erfordert damit die Prognose der Nachfrageerhöhung. Eine Vorgabe konstanter Bestände (Bild 6.8 b) vermeidet dagegen eine Unstetigkeit des Plan-Abgangs. Die Leistung des Produzenten entspricht zu jedem Zeitpunkt der Nachfrage. Im Gegensatz zum Fall konstanter Plan-Durchlaufzeiten wird der Nachfrageanstieg nicht verstärkt. Auf eine Prognose der Kundennachfrage kann prinzipiell verzichtet werden. Weil es in der Regel sehr schwierig ist, die Nachfrage exakt vorherzusagen, ist dies ein bedeutender Vorteil der Vorgabe konstanter Bestände gegenüber der Vorgabe konstanter Durchlaufzeiten. Sehr ähnliche Schlussfolgerungen lassen sich auch für einen sinusförmigen Verlauf der Nachfrage ziehen (Bild 6.9).

IFA 10.948

Bild 6.9

Vergleich der Vorgabe konstanter Durchlaufzeiten mit der Vorgabe konstanter Bestände

Bei Vorgabe konstanter Plan-Durchlaufzeiten verstärken sich die Nachfrageschwankungen (Bild 6.9 a), der Bullwhip-Effekt kann erhebliche Ausmaße annehmen. Bei Vorgabe konstanter Plan-Bestände ergibt sich der Verlauf des PlanAbgangs des Produzenten dagegen aus einer Parallelverschiebung des PlanAbgangs des Handels. Leistung und Nachfrage stimmen daher zu jedem Zeitpunkt überein und der Bullwhip-Effekt wird vermieden. Es stellt sich unmittelbar die Frage, inwieweit eine Bestandsregelung in der betrieblichen Praxis umgesetzt werden kann. Daher seien wiederum die drei logisti-

6.2 Bullwhip-Effekt

121

schen Referenzprozesse Produzieren/Prüfen, Lagern und Transportieren betrachtet. a) Produzieren/Prüfen

Die zur Auslastung eines Arbeitssystems erforderliche Bestandshöhe ist unabhängig von der Leistung des Arbeitssystems. Entsprechend können konstante Bestände mindestens prinzipiell auch bei schwankender Nachfrage erreicht werden. Eine Erhöhung des Bestandsniveaus ist jedoch erforderlich, wenn bei einer erhöhten Nachfrage zusätzliche Maschinen beschafft oder die Losgrößen erhöht werden. b) Lagern

Der mittlere Lagerbestand wird von der Bestelllosgröße und dem Sicherheitsbestand beeinflusst. Beide Einflussfaktoren sollten daher von kurzfristigen Nachfrageschwankungen möglichst entkoppelt werden. Folglich ist ein Bestellbestandsverfahren (mit konstanter Bestellmenge) einem Bestellrhythmusverfahren (mit variabler Bestellmenge) hinsichtlich der Vermeidung von Bestandsschwankungen überlegen. Bestelllosgröße und Sicherheitsbestand sollten bei kurzfristigen Nachfrageschwankungen nicht geändert werden. Langfristig wirksame Nachfrageveränderungen können den erforderlichen Sicherheitsbestand und die Losgröße dagegen sehr wohl beeinflussen. Dies sei im Folgenden am Beispiel des Sicherheitsbestands und einer langfristig erhöhten Nachfrage näher erläutert. Nehmen mit der mittleren Nachfrage auch die kurzfristigen Nachfrageschwankungen zu, ist der Sicherheitsbestand bei gleichen Wiederbeschaffungszeiten zu erhöhen. Gelingt es dagegen, die Wiederbeschaffungszeiten bei einer erhöhten Nachfrage zu reduzieren, kann eine Erhöhung des Lagerbestandes vermieden werden. Höhere kurzfristige Marktschwankungen können dann durch die niedrigeren Wiederbeschaffungszeiten kompensiert werden. Die Fertigungssteuerung verfügt über mehrere Möglichkeiten, bei einer erhöhten Nachfrage kürzere Wiederbeschaffungszeiten zu erzielen. Die wichtigste ist eine Bestandsregelung in der Fertigung (vgl. dazu die obigen Ausführungen). Über diese Zusammenhänge hinaus gibt es einen sehr pragmatischen Grund dafür, die Lagerbestände bei einer erhöhten Nachfrage nicht zu erhöhen. Die Produzenten arbeiten in diesem Fall bereits mit einer erhöhten Kapazität, um die hohe Nachfrage bewältigen zu können. Um die Lagerbestände aufzubauen, müsste die Kapazität weiter erhöht werden. Viele Verfahren zur Berechnung der Sicherheitsbestände entfalten damit eine ausgesprochen prozyklische Wirkung. Besonders nachteilig wirkt sich dies aus, wenn der Kapazitätsbedarf das Kapazitätsangebot überschreitet. In diesem Fall konkurrieren Aufträge, die im Wesentlichen zur Aufstockung des Sicherheitsbestandes dienen, mit Aufträgen um knappe Ressourcen, für die ein konkreter Kundenbedarf besteht. Analog lässt sich für eine verringerte Nachfrage argumentieren. Werden in dieser Zeit die Sicherheitsbestände reduziert, ist der Produzent von der verringerten Nachfrage zweifach betroffen. Die Bestellungen des Handels bleiben hinter der ohnehin schon geringen Nachfrage der Endkunden zurück, weil der Handel zunächst die vorhandenen Lagerbestände abbaut.

122

6 Supply Chain Management

c) Transportieren

Die Transportdurchlaufzeit besteht aus zwei Komponenten: Dem Warten auf den Transport und der Transportzeit, in der das Transportgut tatsächlich bewegt wird. Erhöhen die Transporteure bei einer hohen Nachfrage ihre Arbeitszeit, resultiert unabhängig von der Gewichtung der Transport- und Wartezeit eine geringere Transportdurchlaufzeit. In diesem Fall sind konstante Bestände im Transport realisierbar. Andernfalls ist das Verhältnis von Warte- und Transportzeit zu berücksichtigen. Überwiegt die Wartezeit, kann bei erhöhter Nachfrage der Transportrhythmus verkürzt werden. Es wird dann häufiger transportiert. Die pro Transport bewegte Menge bleibt gleich. Als Folge sinken die Transportdurchlaufzeiten, und konstante Bestände können zumindest annähernd erreicht werden. Wenn die Transportzeit den Hauptanteil an der Transportdurchlaufzeit verursacht, ist es häufig schwieriger, die Transportdurchlaufzeit zu reduzieren. Als Beispiel sei ein Frachtschiff genannt, das Güter von Asien nach Europa transportiert. Hier kann die Transportdurchlaufzeit in der Regel nicht wesentlich reduziert werden. 2.

Eine Verkürzung der Durchlaufzeit verringert die Verstärkung von Nachfrageschwankungen.

Kürzere Durchlaufzeiten verringern die Verstärkung von Nachfrageschwankungen, jedoch ohne diese – wie eine Bestandsregelung – zu vermeiden (Bild 6.10).

IFA 10.679

Bild 6.10 Auswirkung der Durchlaufzeit auf den Bullwhip-Effekt

Sowohl der von konstanten Durchlaufzeiten als auch der von vergangenheitsbasierten Prognosemethoden verursachte Bullwhip-Effekt nimmt mit der Durchlaufzeit zu. Für konstante Durchlaufzeiten verdeutlicht Bild 6.10, wie sich der Bullwhip-Effekt bei kürzerer Durchlaufzeit verringert. In beiden Fällen verdoppelt sich zum Zeitpunkt t1 die Nachfrage des Kunden, wie sich am Verlauf der Fortschrittszahl des Händlers erkennen lässt. Als Folge verdoppelt sich bei konstanten

6.2 Bullwhip-Effekt

123

Durchlaufzeiten auch der Bestand des Händlers. Weil der Ausgangsbestand B1 bei hohen Durchlaufzeiten (Bildteil a) aufgrund der höheren Durchlaufzeit höher ist als bei kurzen Durchlaufzeiten (Bildteil b), fällt der aus der Bestandsverdoppelung resultierende Sprung in der Fortschrittszahl des Produzenten bei hohen Durchlaufzeiten deutlich höher aus. Eine Verkürzung der Durchlaufzeit sollte immer dann angestrebt werden, wenn eine Bestandsregelung nicht realisierbar ist. 3.

Eine zentrale Absatzplanung verringert die Verstärkung von Nachfrageschwankungen in Lieferketten.

Sowohl die Untersuchung der Auswirkung konstanter Durchlaufzeiten auf den Bullwhip-Effekt als auch die bereits kommentierten Analysen von Simchi-Levi, Kaminski und Simchi-Levi von Prognosemethoden führen zur gleichen Schlussfolgerung: Der unmittelbare Bezug auf die Nachfrage des Endkunden verringert den Bullwhip-Effekt. Dies setzt jedoch sehr kurze Informationslaufzeiten voraus. Bei konstanten Beständen schaukeln sich die Nachfrageschwankungen nicht über die Lieferkette auf. Hier gewährleistet die Bestandsregelung die Kopplung zur Nachfrage des Endkunden. 4.

Träge Prognosemethoden verhindern die Verstärkung von Nachfrageschwankungen durch statistische Effekte.

Eine zu schnelle Anpassung des Mittelwertes der Nachfrage an aktuelle Messwerte verstärkt den Bullwhip-Effekt. Entsprechend ist eine trägere Anpassung zu bevorzugen. Bei einer gleitenden Mittelwertbildung sind folglich viele Perioden zu berücksichtigen, um die Verstärkung von Nachfrageschwankungen zu vermeiden [Simc-00]. 5.

Kleine Losgrößen verringern die Verstärkung von Nachfrageschwankungen in Lieferketten.

Die Zusammenfassung von Bedarfen zu Losen verzerrt die Nachfrage. Diese Nachfrageverzerrung ist umso größer, je größer die Lose sind. Entsprechend trägt eine Reduzierung der Losgrößen dazu bei, den Bullwhip-Effekt zu verringern. Diese Maßnahme ist umso mehr zu befürworten, als geringe Losgrößen – wie gezeigt – mit vielfältigen anderen logistischen Vorteilen verbunden sind. Darüber hinaus ist es möglich, den genauen Kundenbedarf unabhängig von der Bestellung zu übermitteln, um eine unverzerrte Information zu erreichen. 6.

Eine Vermeidung unkoordinierter Preisschwankungen verhindert die Verstärkung von Nachfrageschwankungen durch Spekulationskäufe.

Da Preisschwankungen Nachfrageschwankungen verursachen können, ist ihr unkoordinierter Einsatz zu vermeiden. Gerade in der Konsumgüterindustrie wird daher das Konzept dauerhafter Niedrigpreise diskutiert und umgesetzt [Lee-97, Lee97b]. Es vermeidet kurzfristige Preisnachlässe zu Marketingzwecken zu Gunsten einer langfristig wirksamen Niedrigpreisstrategie. Eine antizyklische Preispolitik kann dagegen dazu beitragen, Nachfrageschwankungen zu glätten. Sie erhöht die Preise bei einer hohen Nachfrage und senkt sie bei einer geringen Nachfrage. Diese Strategie ist vor allem in Industrien mit einem hohen Fixkostenanteil üblich.

124

7.

6 Supply Chain Management

Bei Lieferengpässen helfen eine kooperative Zusammenarbeit mit dem Handel und die Verteilung von Waren auf der Grundlage des vergangenen Absatzes Überbestellungen zu vermeiden.

Die Praxis, mehr zu bestellen als benötigt wird, um auch bei Lieferengpässen ausreichende Liefermengen zu erreichen, verzerrt die Nachfrageinformation und trägt so zum Bullwhip-Effekt bei. Sie kann zum einen durch eine kooperative Zusammenarbeit mit dem Handel vermieden werden. Zum anderen ist es bei einem Lieferengpass hilfreich, die Produkte entsprechend des Absatzes in der Vergangenheit auf die Händler aufzuteilen und nicht nach der Bestellmenge. Dies entzieht dem Handel den Anreiz, mehr zu bestellen, als er eigentlich benötigt [Lee-97, Lee97b]. 8.

Die Verringerung bzw. Vermeidung von Informationslaufzeiten vermeidet zusätzliche Verstärkungen von Nachfrageschwankungen.

Die moderne Informations- und Kommunikationstechnik gestattet es, Informationslaufzeiten auf ein Minimum zu reduzieren. Als Folge kann der BullwhipEffekt vermieden werden, der sich aus langen Informationslaufzeiten ergibt (Bild 6.11).

IFA 10.682

Bild 6.11 Vermeidung des Bullwhip-Effekts durch Vermeidung von Informationslaufzeiten

Insgesamt gibt es folglich wirksame Möglichkeiten, den Bullwhip-Effekt zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Dies ist häufig ein wichtiges Ziel von Methoden des Supply Chain Managements.

6.3 Methoden

125

6.3 Methoden Die folgenden Abschnitte geben einen Überblick über Methoden des Supply Chain Managements:

• • •

Abschnitt 6.3.1 erläutert zwei wichtige Grundprinzipien von SCM-Methoden: Information und Kooperation. Abschnitt 6.3.2 stellt das Konzept der Vendor Managed Inventories vor und nennt vergleichbare Methoden des SCM. Abschnitt 6.3.3 führt in die Idee der kooperativen Produktionsplanung für Logistiknetzwerke ein.

Es gibt darüber hinaus viele weitere Methoden, die aber nicht unmittelbarer Gegenstand der PPS sind und deshalb nicht behandelt werden. 6.3.1 Grundprinzipien Zwei Grundprinzipien kennzeichnen nahezu alle Methoden des Supply Chain Managements: Information (6.3.1.1) und Kooperation (6.3.1.2). Sie werden im Folgenden erläutert. 6.3.1.1 Information Traditionell verfügt ein Unternehmen vor allem über die Informationen, die im Unternehmen selbst erhoben werden können. Dagegen fehlen Informationen, die bei den Partnern im logistischen Netzwerk erfasst werden. Überspitzt formuliert, kennt ein Produzent zwar die Bestellungen seiner Kunden, aber nicht die Endkundennachfrage. Er misst die Bestände im Fertigwarenlager, kann aber keine Aussage über die Bestände vorheriger oder nachfolgender Stufen der Lieferkette treffen. Er weiß, welche Liefertreue er gegenüber seinen Kunden erzielt; über die Liefertreue der Lieferkette gegenüber den Endkunden ist er jedoch nicht informiert. Entsprechend ist es einem Unternehmen bei fehlender Information nur schwer möglich, Entscheidungen auf die Bedürfnisse der gesamten Lieferkette abzustimmen. Eine Grundaufgabe des Supply Chain Management ist es daher, alle für die gesamte Lieferkette relevanten Informationen zu erfassen und sie allen Partnern des logistischen Netzwerks zur Verfügung zu stellen. Wesentliche Informationen sind: Nachfrageinformationen: Die Nachfrage der Endkunden sollte den Partnern eines logistischen Netzwerks möglichst schnell zur Verfügung gestellt werden. Dies vermeidet den Anteil des Bullwhip-Effekts, der sich aus einer dezentralen Absatzplanung oder aus langen Informationslaufzeiten ergibt. Bestandsinformationen: Viele Unternehmen kennen die Bestände auf nachfolgenden Stufen der logistischen Lieferkette nicht. Dies erschwert die Entscheidung, welche Produktvarianten produziert werden sollen (operative Produktionsprogrammplanung) und wie diese auf die einzelnen Vertriebskanäle verteilt werden sollen.

126

6 Supply Chain Management

Sowohl die Nachfrage- als auch die Bestandsinformationen können sehr übersichtlich in Form von Fortschrittszahlendiagrammen dargestellt werden. Sie bilden das Mindestmaß an Informationen für ein effektives operatives Supply Chain Management. Die folgenden Informationen können Effektivität und Effizienz des Supply Chain Managements weiter erhöhen: Kapazitätsinformationen: Die Partner eines logistischen Netzwerkes stellen einander Informationen über Belastung und Auslastung ihrer Kapazitäten zur Verfügung. Dies gestattet es, die Auswirkungen von Kapazitätsrestriktionen frühzeitig zu erkennen und vor allem Engpässe zu berücksichtigen, die in anderen Unternehmen bestehen. In der langfristigen Kapazitätsplanung können die Kapazitäten und deren Flexibilität im logistischen Netzwerk aufeinander abgestimmt werden. Frühwarnsysteme: Ist absehbar, dass Aufträge nicht rechtzeitig fertig gestellt werden können, benachrichtigen Frühwarnsysteme den bzw. die nachfolgenden Partner in der Lieferkette. Die Frühwarnung gibt den Partnern die Möglichkeit, frühzeitig auf Plan-Abweichungen zu reagieren. Kosteninformationen: Vor allem in sehr fortgeschrittenen Kooperationen tauschen die Partner eines logistischen Netzwerks auch Kosteninformationen untereinander aus. Dies ermöglicht es, die Kosten des gesamten Netzwerks zu minimieren (im Gegensatz zu einer lokalen Kostenminimierung der einzelnen Partner). Einige Partner des logistischen Netzwerks können bewusst höhere Kosten in Kauf nehmen, wenn dadurch größere Kosteneinsparungen bei anderen Partnern ermöglicht werden. Die gerechte Kompensation für derartige lokale Kostenerhöhungen und die Verteilung der Kooperationsgewinne auf die Partner des logistischen Netzwerks erfordern eine weitreichende Kostentransparenz. Sie ist in vielen Fällen Streitpunkt und Hemmnis von Kooperationen. Wesentliche Teile des Supply Chain Managements können aber auch ohne eine derart weitreichende Kostentransparenz erreicht werden. Informationen über die Zielerreichung: Die Partner einer Lieferkette sollten Zugang zu Informationen über die logistische Leistung der Lieferkette gegenüber dem Endkunden haben. Die Leistungskriterien ergeben sich direkt aus der Anwendung der logistischen Zielgrößen (vgl. Kap. 2) auf die Lieferkette. Wesentliche Leistungsgrößen sind demnach:

• • •

Lieferzeit und Durchlaufzeit Liefertreue und Termintreue Servicegrad (falls der Endkunde ab Lager bedient wird)

Entsprechend gelten für die Logistikkosten der Lieferkette die folgenden Zielgrößen:

• •

Bestand bzw. Bestandskosten Auslastung bzw. Leistung der Lieferkette

Sowohl das Scor-Modell des Supply Chain Councils als auch die Dissertation von Hieber [Hieb-02] enthalten umfassende logistische Kennzahlensysteme für Lieferketten. In der betrieblichen Praxis ist der Informationsaustausch dagegen häufig noch immer unterentwickelt. Selbst in herstellereigenen Distributionssystemen sind aktuelle Bestandsinformationen der Distributionszentren zum Teil

6.3 Methoden

127

nicht verfügbar [Hieb-02]. Industrieuntersuchungen legen zudem Wahrnehmungsverzerrungen offen: Unternehmen glauben grundsätzlich, mehr Informationen an Lieferanten weiterzugeben als sie glauben, von den eigenen Kunden zu erhalten [Hieb-02]. 6.3.1.2 Kooperation Die Kooperation ist das zweite Grundprinzip des Supply Chain Managements. Ziel der Kooperation ist es, lokale Optimierungen der Netzwerkpartner zu vermeiden und stattdessen die Bedürfnisse vorgelagerter und nachfolgender Partner bei Entscheidungen zu berücksichtigen, um so die für das gesamte logistische Netzwerk beste Lösung zu erreichen. Der Handel sollte seine Bestände also nicht ausgerechnet zu dem Zeitpunkt aufbauen, zu dem der Produzent wegen erhöhter Nachfrage ohnehin am Kapazitätslimit arbeitet. Umgekehrt kann der Produzent eine Fertigungslosgröße unter dem für ihn wirtschaftlichen Maß wählen, wenn die resultierenden Vorteile nachfolgender Partner (u. a. kürzere Lieferzeiten) und vorgelagerter Partner (u. a. gleichmäßigerer Bedarf) die Nachteile des Produzenten überwiegen. Voraussetzung für die Kooperation von Unternehmen ist zum einen gegenseitiges Vertrauen. Zum anderen müssen alle Kooperationspartner aus der Kooperation einen klar definierten Nutzen erzielen (Win-Win-Situation). Nimmt ein Unternehmen höhere Kosten in Kauf, um die Kosten der übrigen Partner zu reduzieren, ist es folglich an den Kosteneinsparungen angemessen zu beteiligen. Hieber und Schönsleben entwickeln eine Morphologie, um den Grad der Kooperation zwischen Unternehmen zu beschreiben [Hieb-02, Schö-02b]. Sie unterscheiden drei Oberkriterien: Zusammenarbeit in logistischen Netzwerken: Die betreffenden Merkmale beschreiben die Art und Intensität der Zusammenarbeit zwischen den Netzwerkpartnern auf strategischer Ebene. Hieber und Schönsleben nennen u. a. die folgenden Merkmale: Ausrichtung (der Partner) auf eine Netzwerkstrategie und Netzwerkinteressen, gegenseitige Abhängigkeit im Netzwerk, gegenseitiges Vertrauen und Offenheit, Machtverhältnisse zwischen den Partnern. Koordination in logistischen Netzwerken: Dieses Kriterium charakterisiert den Betrieb logistischer Netzwerke. Die Autoren verwenden dazu u. a. die folgenden Merkmale: Intensität des Informationsaustausches, Verknüpfung/Verzahnung der Logistikprozesse, Formalisierungsgrad (der Koordination), Grad der Kommunikation, Einsatz von IT-Systemen. Zusammensetzung von logistischen Netzwerken: Das Kriterium beschreibt das logistische Netzwerk und die Geschäftsbeziehungen zwischen den Partnern. Diesbezügliche Merkmale sind u. a.: Anzahl der Wertschöpfungsstufen (Netzwerktiefe), Anzahl der Produkte (Netzwerkbreite), geographische Verteilung des Netzwerks, Zeithorizont der Geschäftsbeziehungen, ökonomische und rechtliche Geschäftsbeteiligungen. In den folgenden zwei Abschnitten werden zwei spezifische Methoden des SCM erläutert. Sie basieren auf den beiden Grundprinzipien des SCM, Information und Kooperation.

128

6 Supply Chain Management

6.3.2 Vendor Managed Inventories Beim Konzept der Vendor Managed Inventories (VMI) plant der Hersteller die Bestände auf allen Stufen des Distributionsnetzes. Die Händler stellen ihm dafür aktuelle Informationen über die Nachfrage der Endkunden (Point of Sales-Daten) zur Verfügung. Der Produzent erhält folglich keine Bestellungen des Handels mehr. Er wird daher auch nicht mehr anhand der Liefertreue bzw. dem Servicegrad gegenüber dem Handel bewertet, sondern direkt über den Servicegrad gegenüber dem Endkunden. Das Konzept der Vendor Managed Inventories strebt folgende Ziele an: Vermeidung des Bullwhip-Effekts: Der Produzent kann die Bestände des gesamten Distributionsnetzes auf der Grundlage aktueller Nachfrageinformationen planen. Entsprechend hat er sehr gute Voraussetzungen, eine Verstärkung von Nachfrageschwankungen zu vermeiden. Dies ermöglicht viele der nachfolgend genannten Vorteile der VMI. Bestandsreduzierung: Bei Anwendung von VMI können Unternehmen die Bestände in der Lieferkette reduzieren, ohne den Servicegrad gegenüber dem Endkunden zu gefährden. Dies bestätigen VMI-Anwendungen in der Konsumgüterindustrie. Höherer Servicegrad gegenüber dem Endkunden: Der Servicegrad gegenüber dem Endkunden soll gesteigert werden, ohne die Bestände in der Lieferkette zu erhöhen. Dies ist in Industrieanwendungen gelungen. Als Folge des erhöhten Servicegrads berichten Unternehmen von erheblichen Umsatzsteigerungen [Simc-00]. Verringerung des administrativen Aufwands: Der Verwaltungsaufwand verringert sich insbesondere für den Handel. Seine operative Aufgabe reduziert sich zum einen darauf, die Nachfrage des Endkunden zu erfassen und weiterzugeben. Zum anderen misst der Handel den Servicegrad der Lieferkette. Beide Aufgaben können weitestgehend automatisiert werden. Dagegen nimmt der Aufwand für den Produzenten tendenziell zu, da sich sein Aufgabenumfang erhöht. Insbesondere ändert sich auch die erforderliche Qualifikation. Insgesamt soll der Verwaltungsaufwand deutlich abnehmen. Die operative Kommunikation zwischen dem Produzenten und dem Handel reduziert sich auf die Weitergabe der Nachfrage des Endkunden. Die Bestellabwicklung entfällt sowohl für den Handel als auch für den Produzenten. Gleichmäßigere Auslastung des Produzenten: Gelingt es, den Bullwhip-Effekt zu reduzieren, kann der Produzent seine Kapazitäten gleichmäßiger auslasten. Mit einer gegebenen Kapazität kann der Produzent langfristig eine höhere Nachfrage bedienen. Dies führt zu einer Verringerung der Investitionskosten. Das Konzept der VMI verändert die Zusammenarbeit zwischen Produzent und Handel grundlegend. Der Handel gibt einen großen Teil seiner Verantwortung an den Produzenten ab. Er erhöht damit seine Abhängigkeit vom Produzenten. Der Geschäftserfolg des Handels wird entscheidend mitbestimmt von der Fähigkeit des Produzenten, die Bestände des Distributionsnetzes zu planen. Dagegen steigt die Verantwortung des Produzenten für seinen wirtschaftlichen Erfolg an. Konfliktpotenzial beinhaltet die Frage, wem der Bestand in der Lieferkette wie lange gehört. In mehreren Industrieanwendungen behält der Produzent den Be-

6.3 Methoden

129

stand bis zum Verkauf des Produkts an den Kunden. Für den Handel entfällt bei dieser Lösung jede Kapitalbindung im Umlaufvermögen für Produkte, die in das Konzept der VMI eingebunden sind. Er kann damit die Gewinne des Konzepts unmittelbar realisieren. Für den Produzenten rentiert sich dies, falls die Vorteile der VMI den Nachteil des längeren Bestandseigentums übertreffen. VMI sind eine sehr weitreichende Form der Kooperation zwischen Handel und Produzenten. Andere Konzepte zielen in die gleiche Richtung, ohne den hohen Grad der Kooperation zu erreichen (vgl. dazu [Simc-00]). Quick Response: Der Produzent erhält aktuelle Daten über die Nachfrage der Endkunden. Dies soll es ihm ermöglichen, Produktion und Nachfrage besser zu synchronisieren. Der Handel generiert jedoch weiterhin Bestellungen. Ein wichtiges Ziel des Quick Response Manufacturing ist es, die Lieferzeiten zu reduzieren. Continuous Replenishment: Produzent und Handel einigen sich auf konstante Lieferintervalle und einen Zielbestand. Der Produzent erhält aktuelle Daten über die Nachfrage der Endkunden und bestimmt daraus die Liefermenge. Ziel ist es, den Bestand kontinuierlich abzusenken und dennoch einen hohen Servicegrad gegenüber dem Endkunden zu erreichen. 6.3.3 Collaborative Planning Forecasting Replenishment Das Konzept des Collaborative Planning Forecasting Replenishment (CPFR) entwickelt die Vendor Managed Inventories weiter und betont insbesondere den Aspekt der Kooperation. Die Partner einigen sich auf einheitliche Geschäftspläne, Absatzpläne und auf das Produktionsprogramm. Betreffende Daten werden in einer zentralen Datenbank abgelegt, auf die alle Partner zugreifen können. Das Vorgehen bei der Erstellung von Absatzplan und Produktionsprogramm unterscheidet sich nicht grundsätzlich vom beschriebenen Ablauf der Produktionsplanung und -steuerung (vgl. Kap. 4). Es legt die Planungsaktivitäten von Produzent und Handel jedoch zusammen. Eine Schwierigkeit bei der Umsetzung des CPFR kann darin bestehen, die Produktionsprogramme bei mehreren Kunden zu koordinieren. Dem CPFR liegt ein Prozessmodell zugrunde, das neun Prozessschritte definiert [www.cpfr.org (März 2002)]: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Entwicklung einer Grundsatzvereinbarung Erstellung eines gemeinsamen Geschäftsplans Erstellung eines Absatzplans Identifizierung von Ausnahmeartikeln Kooperative Problembehandlung / -lösung Erstellung des Produktionsprogramms Identifizierung von Ausnahmeartikeln Kooperative Problembehandlung / -lösung Auftragsgenerierung

Auf der operationellen Ebene führt das CPFR folglich Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung aus. Es wendet dazu seit langem bekannte Techniken an. So wird das Produktionsprogramm aus dem Absatzplan durch eine Vorlaufverschiebung und einen Bestandsabgleich generiert. Die eigentliche Innovation

130

6 Supply Chain Management

liegt darin, die Planung abgestimmt bzw. sogar gemeinsam mit dem Handel durchzuführen. Ein Anliegen des CPFR ist es, die dazu erforderliche Kommunikation und Datenhaltung zu standardisieren [Quelle: www.cpfr.org (März 2002)]. Die Diskussion des Supply Chain Managements schließt die Grundlagen der Fertigungssteuerung ab. Der nächste Buchteil ist der Auftragserzeugung gewidmet. Den eindeutigen Schwerpunkt bildet dabei die Lagerfertigung. Leser, die sich ausschließlich für die Auftragsfertigung interessieren, können stattdessen mit Buchteil C und der Auftragsfreigabe fortfahren.

Teil B

Verfahren der Auftragserzeugung

7

Grundlagen der Auftragserzeugung............................................................ 133

8

Bestellbestandsverfahren ............................................................................ 147

9

Kanban........................................................................................................ 177

10

Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung........................................... 211

11

Synchro MRP ............................................................................................. 223

12

Hybride Kanban-Conwip-Steuerung .......................................................... 233

13

Fortschrittszahlensteuerung ........................................................................ 249

14

Basestock.................................................................................................... 273

15

Production Authorization Cards ................................................................. 287

7 Grundlagen der Auftragserzeugung

Die Auftragserzeugung generiert aus Kundenaufträgen, Materialentnahmen oder einem Produktionsprogramm Fertigungsaufträge. Sie bestimmt damit Plan-Zugang und Plan-Abgang der Fertigung sowie die Plan-Reihenfolge, in der die Aufträge fertig gestellt werden sollen. Gleichzeitig legt sie die Planwerte für die betriebsinternen Zielgrößen Bestand, Durchlaufzeit und Auslastung fest. Bild 7.1 zeigt, wie sich die Auftragserzeugung in das Modell der Fertigungssteuerung einordnet.

IFA 11.235

Bild 7.1

Einordnung der Auftragserzeugung in das Fertigungssteuerungsmodell

Dazu sind die Aufgabe sowie die zugehörigen Stellgrößen fett umrandet dargestellt. Die Realisierbarkeit von Plan-Abgang und Plan-Reihenfolge entscheidet über die Termintreue mit. Insgesamt ist die Auftragserzeugung damit eine sehr wichtige Planungsaufgabe. Sie wird zum Teil jedoch in der Fertigung durchgeführt, weshalb sie – wenngleich nicht so vollständig wie die Auftragsfreigabe – im zweiten Buchteil ausführlich beschrieben wird. Betrachtet werden dabei ausschließlich Verfahren der Lagerfertigung. Die Auftragserzeugung in der Auftragsfertigung ist eindeutig der Produktionsplanung zuzuordnen und wird daher nicht weiter behandelt.

134

7 Grundlagen der Auftragserzeugung

Es lassen sich drei Klassifizierungsmerkmale für die Auftragserzeugung unterscheiden: •

• •

Die Auslösungsart der Auftragserzeugung unterscheidet zwischen der Auftragsfertigung und der Lagerfertigung (Abschn. 7.1). In der Auftragsfertigung löst ein Kundenauftrag die Erzeugung eines oder mehrerer Fertigungsaufträge aus, die den Bedarf des Kundenauftrags decken. In der Lagerfertigung wird der Bedarf eines Kundenauftrags durch einen Fertigungsauftrag gedeckt, der schon vor Eingang des Kundenauftrags erzeugt wurde. Der Erzeugungsumfang der Auftragserzeugung richtet sich danach, ob ein Verfahren Aufträge für eine oder mehrere Stufen der Stückliste eines Produkts gleichzeitig erzeugen kann (Abschn. 7.2). Die Auslösungslogik der Auftragserzeugung bestimmt die Logik, nach der die Aufträge erzeugt werden (Abschn. 7.3). Über die Erzeugung neuer Aufträge kann entweder zu bestimmten Zeitpunkten (periodische Auftragserzeugung) oder nach definierten Ereignissen entschieden werden (ereignisorientierte Auftragserzeugung).

Abschnitt 7.4 erläutert weitere Klassifizierungskriterien der Auftragserzeugung und stellt die behandelten Verfahren im Überblick dar. Abschnitt 7.5 erläutert Probleme, die aus der Verwendung fester Losgrößen entstehen können. Abschnitt 7.6 skizziert, wie begrenzte Kapazitäten bei der Auftragserzeugung berücksichtigt werden können.

7.1 Auslösungsart Die Art der Auftragsauslösung ist das wichtigste Merkmal zur Klassifizierung der Auftragserzeugung. Es wird zwischen der Auftragsfertigung (Abschn. 7.1.1) und der Lagerfertigung (Abschn. 7.1.2) unterschieden. 7.1.1 Auftragsfertigung In der Auftragsfertigung löst ein Kundenauftrag die Erzeugung eines Fertigungsauftrags aus. Der Fertigungsauftrag dient der Erfüllung des auslösenden Kundenauftrags. Im einfachsten Fall eines einstufigen Produkts wird der Kundenauftrag unmittelbar in einen Fertigungsauftrag umgesetzt (Bild 7.2 a). Dies ist insbesondere bei kundenspezifischen Produkten der Fall. Ein Beispiel hierfür ist etwa die Leiterplattenfertigung. Bei kundenneutralen Produkten fassen Unternehmen Aufträge bisweilen zusammen, um Rüstkosten zu sparen (Bild 7.2 b). Meist handelt es sich dabei um kapitalintensive Güter, bei denen eine Lagerfertigung zu teuer oder zu riskant wäre. Es ist umgekehrt auch möglich, aus einem Kundenauftrag mehrere Fertigungsaufträge zu erzeugen (Bild 7.2 c, [Wien-02]). Dies kann insbesondere sinnvoll sein, wenn der Kunde unterschiedliche Liefertermine für Teilmengen der georderten Gesamtmenge wünscht (z. B. bei Rahmenverträgen) oder die Bestellmenge sehr groß ist und dadurch hohe Auftragszeiten verursachen würde.

7.1 Auslösungsart

135

IFA 10.861

Bild 7.2

Auftragserzeugung bei einstufigen Produkten und Auftragsfertigung

Wird die Fertigungslosgröße vollständig von der Bestellmenge des Kunden entkoppelt (etwa um stets eine fixe, kostenoptimale Losgröße zu verwenden), löst ein Kundenauftrag in der Regel eine höhere Produktionsmenge aus (Bild 7.2 d). Eine derartige Politik verursacht zwangsläufig Bestände [Wien-02]. Sie begründet die Notwendigkeit eines Nettoabgleichs (vgl. Kap. 4). Die Entkopplung von Bestellmenge und Fertigungslosgröße ist erforderlich, wenn • •

die Bestellmengen des Kunden klein und die Rüstkosten hoch sind und nicht abgewartet werden kann, bis ausreichend viele Kundenaufträge vorliegen, um einen Fertigungsauftrag zu starten (z. B. bei sehr kurzen Lieferzeiten).

136

7 Grundlagen der Auftragserzeugung

Durch eine derartige Art der Auftragsauslösung vermischen sich Auftrags- und Lagerfertigung. Bei mehrstufigen Produkten wird die Auftragserzeugung aufwändiger (vgl. dazu Abschn. 7.2). 7.1.2 Lagerfertigung In der Lagerfertigung gibt es keine direkte Verbindung zwischen einem Kundenauftrag und einem Fertigungsauftrag. In aller Regel deckt ein Fertigungsauftrag nicht den Bedarf des auslösenden Kundenauftrags. Dieser wird vielmehr aus dem vorhandenen Lagerbestand bedient. Daraus ergeben sich die wesentlichen Eigenschaften der Lagerfertigung: Im Vergleich zur Auftragsfertigung ermöglicht sie deutlich kürzere Lieferzeiten, erfordert aber das Vorhalten eines Lagerbestands. Die Lagerfertigung ist in der Regel eine Wiederholfertigung. Häufig sind die Produkte kundenneutral. In der Regel wird die Auftragserzeugung durch Ereignisse ausgelöst, z. B. durch eine Materialentnahme oder eine Materialreservierung. Bei mehrstufigen Produkten koordiniert eine Bedarfsauflösung mit Terminierung die Fertigung theoretisch besser als eine Lagerfertigung: Im Idealfall wird das Material exakt zum Bedarfszeitpunkt geliefert. Bei einer häufigen Wiederholung können mit einer Lagerfertigung jedoch auch bei mehrstufigen Produkten sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Vorteilhaft sind insbesondere die Programmflexibilität, die Fähigkeit zur Selbstregelung und die Schnelligkeit, mit der viele Verfahren der Lagerfertigung auf ungeplante Ereignisse in der Produktion oder der Nachfrage reagieren können. Die später beschriebenen Verfahren der Lagerfertigung basieren auf der Grundannahme, dass die erzeugten Aufträge nach Ablauf einer Wiederbeschaffungszeit dem Lager zugehen. Sie berücksichtigen dabei keine Kapazitätsrestriktionen. Die Verfahren erzeugen die Aufträge einer Variante zudem auch, ohne die Nachfrage nach anderen Varianten zu berücksichtigen. Im Gegensatz zu einer periodischen Produktionsplanung mit einer Terminierung in die begrenzte Kapazität legen die Verfahren die Planwerte für den Zugang und Abgang der Fertigung sowie die Reihenfolge der Aufträge nicht explizit fest. Auf den Plan-Abgang einer Fertigung kann nur aus Erzeugungszeitpunkt und Wiederbeschaffungszeit der erzeugten Aufträge geschlossen werden. Gleiches gilt für die Plan-Reihenfolge, in der die Fertigung die Aufträge fertig stellen soll. Ein Plan-Zugang kann unter der Annahme einer Plan-Durchlaufzeit berechnet werden. Es ist jedoch fraglich, ob sich der Ist-Zugang an diesem Plan-Zugang orientieren sollte, da letzterer nicht explizit festgelegt wird. Der offensichtliche Mangel an Planungsgüte ist ein wesentlicher Grund dafür, warum die Fertigungssteuerung mit Verfahren der Lagerfertigung dargestellt wird: Bei allen Verfahren, die eine sorgfältige Termin- und Kapazitätsplanung durchführen, profitiert die Fertigungssteuerung von klar definierten Plan-Vorgaben. Diese müssen bei den dargestellten Verfahren der Lagerfertigung zum Teil aber jeweils erst abgeleitet werden. Für die Praxis resultiert daraus die Gefahr, die Aufgaben der Fertigungssteuerung zu vernachlässigen. Diese ist deswegen jedoch in

7.2 Erzeugungsumfang

137

der Lagerfertigung nicht weniger bedeutsam für die logistische Zielerreichung, sondern eher mehr. Dies folgt unmittelbar daraus, dass die Fertigungssteuerung die Unzulänglichkeiten der Produktionsplanung ausgleichen muss, um eine hohe logistische Zielerreichung gewährleisten zu können. An dieser Stelle sei kurz auf die Auswahl der Verfahren zur Auftragserzeugung eingegangen. Aus den genannten Gründen werden nur Verfahren der Lagerfertigung dargestellt, die keine Terminierung in die begrenzte Kapazität durchführen. Innerhalb dieser Gruppe werden zunächst die beiden mit Abstand bekanntesten und verbreitetsten Verfahren beschrieben, nämlich das Bestellbestandsverfahren (Kap. 8) und die Kanban-Steuerung (Kap. 9). Die Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung (Korma, Kap. 10) erweitert das Bestellbestandsbestandsverfahren in zwei wichtigen Punkten: Erstens erzeugt es die Aufträge schon vor dem Erreichen des Bestellbestands und ermöglicht damit einen besseren Belastungsabgleich. Zweitens berücksichtigt es die Nachfrage, die während der Wiederbeschaffungszeit eines Produkts auftritt. Beides ermöglicht eine Verbesserung der logistischen Zielerreichung. Sowohl Synchro-MRP (Kap. 11) als auch die hybride Kanban-Conwip-Steuerung (Kap. 12) sind Erweiterungen des Kanban-Systems. Synchro-MRP betont die Integration der Kanban-Steuerung in eine übergeordnete Produktionsplanung. Es diskutiert zudem den wichtigen Fall, in dem eine höhere Variantenzahl mit dem Kanban-System gesteuert werden soll. Die hybride Kanban-Conwip-Steuerung wird zur mehrstufigen Auftragserzeugung verwendet und basiert auf einer hybriden Regelkreisstruktur. Die Fortschrittszahlensteuerung (Kap. 13) wird aus zwei sehr wichtigen Gründen beschrieben: Zum einen eignet sie sich sehr gut zur werksübergreifenden Auftragserzeugung in Lieferketten. Zum anderen kann sie als generisches Verfahren begriffen werden, da sie viele andere Verfahren der Auftragserzeugung allein durch die Wahl ihrer Verfahrensparameter nachbilden kann. Als ein Sonderfall der Fortschrittszahlensteuerung kann die (jedoch wesentlich früher entwickelte) Basestock-Steuerung begriffen werden, die Nachfrageinformationen unverzerrt und unmittelbar an alle Stufen der Lieferkette kommuniziert (Kap. 14). Mit der Production Authorization Cards-Steuerung (PAC) wird in Kap. 15 ein weiteres generisches Verfahren beschrieben, das allerdings komplizierter zu handhaben ist als die Fortschrittszahlensteuerung.

7.2 Erzeugungsumfang Einstufige Verfahren der Auftragserzeugung erzeugen Aufträge für jede Sachnummer in getrennten Regelkreisen (Abschn. 7.2.1). Mehrstufige Verfahren erzeugen Aufträge auch für abhängige Bedarfe (Abschn. 7.2.2). 7.2.1 Einstufige Auftragserzeugung Ein Großteil der Verfahren erzeugt Aufträge nur für ein Produkt bzw. eine Sachnummer. Dennoch können auch komplexere Produktstrukturen mit diesen Verfahren gesteuert werden. Für die Erzeugung von Aufträgen für abhängige Bedarfe ist

138

7 Grundlagen der Auftragserzeugung

es dazu erforderlich, die Regelkreise der Teile mit denen übergeordneter Baugruppen zu verknüpfen (Bild 7.3).

IFA 10.862

Bild 7.3

Steuerung mehrstufiger Produkte mit einstufigen Verfahren

Einstufige Verfahren verzichten auf die Möglichkeit, Informationen über den tatsächlichen Kundenbedarf unmittelbar über mehrere Stufen der Produktstruktur hinweg weiterzuleiten. Dadurch entstehen häufig Verzögerungen in der Information. Einstufige Verfahren der Auftragserzeugung sind: Tabelle 7.1 Verfahren der einstufigen Auftragserzeugung Kapitel 8 9 10

Fertigungssteuerungsverfahren Bestellbestandsverfahren Kanban Korma

7.2.2 Mehrstufige Auftragserzeugung Verfahren zur mehrstufigen Auftragserzeugung erzeugen Aufträge über mehrere Stücklistenstufen hinweg. Sie berücksichtigen damit auch abhängige Bedarfe und können Informationen über den Bedarf des Endkunden schneller kommunizieren als einstufige Verfahren. Gleichzeitig stellen sie jedoch höhere Anforderungen an die Informationsverarbeitung. Die Auftragserzeugung für mehrstufige Produkte ist aus mehreren Gründen komplizierter als die für einstufige Produkte: Erstens löst ein Kundenauftrag mehrere Fertigungsaufträge aus (einen Fertigungsauftrag für jede Sachnummer). Zweitens muss die Menge berücksichtigt werden, mit der ein Teil in das Endprodukt eingeht. Drittens gehen bestimmte Teile in mehrere Endprodukte ein (sog. Mehrfachverwendung). Entsprechend entstehen mehr Möglichkeiten der Bedarfszusammenfassung. Viertens besteht die Notwendigkeit, die Fertigungsaufträge für die einzelnen Teile terminlich zu koordinieren. Für die Koordination der Fertigungsaufträge können drei grundsätzlich unterschiedliche Mechanismen verwendet werden: Eine Vorlaufverschiebung mit fes-

7.2 Erzeugungsumfang

139

ten Vorlaufzeiten, eine Umlaufverschiebung (vgl. dazu Kap. 13) sowie eine Feinterminierung der Aufträge. Bei einer Vorlaufverschiebung mit festen Vorlaufzeiten, wie sie z. B. MRP durchführt, wird der Endtermin eines Teils gegenüber dem Endtermin der Komponente, in die das Teil eingeht, um die Vorlaufzeit der Komponente verschoben. Ergebnis sind sog. Fristenpläne (Bild 7.4).

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Bild 7.4

Ableitung des Fristenplans aus der Aufbauübersicht (nach Wahlers)

Diese ordnen für alle Beschaffungs-, Fertigungs- und Montageaufträge die zugehörigen Durchlaufelemente in der Logik einer Rückwärtsterminierung an. Falls kein Lieferzeitpuffer eingeplant wird, endet das Durchlaufelement eines Auftrags dann zu dem Zeitpunkt, an dem das Durchlaufelement des übergeordneten (Montage-)Auftrags beginnt. Aus dem Fristenplan kann die Gesamtlieferzeit als Zeitdauer vom frühesten Beginn bis zum spätesten Ende aller Durchlaufelemente abgelesen werden. Die Vorlaufzeiten sind als Planungsparameter im PPS-System hinterlegt. Sie sind zweckmäßig aus arbeitssystemspezifischen Übergangszeiten

140

7 Grundlagen der Auftragserzeugung

und auftragsspezifischen Durchführungszeiten zu bestimmen und in regelmäßigen Abständen zu aktualisieren (vgl. Kap. 3). Vorteil gegenüber einer nicht koordinierten Auftragserzeugung ist der spätere Starttermin vieler Fertigungsaufträge. Dadurch verringert sich die Kapitalbindung im Umlaufvermögen. Nachteilig ist die höhere Anfälligkeit gegenüber Durchlaufzeitschwankungen der Fertigungsaufträge für Komponenten. Diese können ggf. durch zusätzliche Lieferzeitpuffer abgefangen werden (vgl. Kap. 3). Nicht selten ist die Gesamtdurchlaufzeit des Auftragsnetzes zudem länger als die Lieferzeit. In diesen Fällen ist die Auftragserzeugung auf eine Prognose der Nachfrage angewiesen. Treffen diese Prognosen nicht zu, führen die teilweise erheblichen Änderungen in der Nachfrage nach Teilen häufig zu Versorgungsengpässen oder zu erhöhten Halbfabrikatbeständen. Eine Alternative ist es, das Auftragsnetz durch die Lagerhaltung einer Komponente oder eines Teiles zu vereinfachen und die Gesamtlieferzeit durch diesen Kundenentkopplungspunkt zu verkürzen. Bei einer Umlaufverschiebung werden Halbfabrikatbestände bewusst in Kauf genommen. Die Umlaufverschiebung ist als mengenmäßiger Produktionsvorsprung definiert, den ein Teil gegenüber der Komponente haben sollte, in die es einfließt (Beispiel: bei einer kumulierten Produktionsmenge der Komponente von 200 ME und einer Umlaufverschiebung des Teils von 100 ME ergibt sich eine Soll-Produktionsmenge des Teils von 300 ME). Bei einer Umlaufverschiebung kann auf eine explizite Bedarfsprognose verzichtet werden. Natürlich enthält aber die Höhe des Sicherheitsbestandes eine Annahme über die Streuung des Kundenbedarfs. Die Umlaufverschiebung führt zu gleichmäßigeren Belastungsverläufen. Sie kann jedoch ausschließlich in einer Wiederholfertigung angewendet werden. Die Umlaufverschiebung wird z. B. von der Basestock-Steuerung und der Steuerung mit Fortschrittszahlen unterstützt. Sowohl die Umlaufverschiebung als auch die Vorlaufverschiebung mit festen Vorlaufzeiten berücksichtigen nicht, ob die Fertigung über ausreichende Kapazitäten verfügt, um die Fertigungsaufträge termingerecht fertig zu stellen. Dritte Alternative ist daher die Feinterminierung der Aufträge unter genauer Berücksichtigung der verfügbaren Kapazität. Sie plant jeden Arbeitsvorgang eines jeden Auftrags auf jedem Arbeitssystem meist minutengenau ein. Ggf. wird zudem die Verfügbarkeit von Werkzeugen und Vorrichtungen überprüft. Es ist meist unrealistisch anzunehmen, dass die Aufträge tatsächlich exakt zum geplanten Zeitpunkt gefertigt werden. Die Feinterminierung stellt durch die Berücksichtigung der verfügbaren Kapazitäten jedoch sicher, dass keine unrealistischen Produktionspläne erzeugt werden. Verfahren der Feinterminierung werden hier nicht behandelt. Sie sind Gegenstand der Produktionsplanung und nicht der Fertigungssteuerung. Eine Einführung in das Themengebiet geben etwa Pinedo und Chao [Pine-99]. Verfahren, die eine mehrstufige Auftragserzeugung durchführen können, sind (Tabelle 7.2):

7.3 Auslösungslogik

141

Tabelle 7.2 Verfahren zur mehrstufigen Auftragserzeugung Kapitel 11 12 13 14 15

Fertigungssteuerungsverfahren Synchro MRP Kanban-Conwip-Hybrid Fortschrittszahlensteuerung Basestock Production Authorization Cards (PAC)

7.3 Auslösungslogik Die Verfahren können die Aufträge entweder zu bestimmten Zeitpunkten (periodische Auftragserzeugung, Abschn. 7.3.1) oder nach definierten Ereignissen erzeugen (ereignisorientierte Auftragserzeugung, Abschn. 7.3.2). 7.3.1 Periodische Auftragserzeugung Die periodische Auftragserzeugung entscheidet zu im Voraus bestimmten Zeitpunkten über die Erzeugung neuer Aufträge. Dazwischen werden keine Aufträge erzeugt. Erzeugungszeitpunkte sind in der Regel der Beginn einer Woche oder eines Arbeitstages. Die periodische Auftragserzeugung ist typisch für Verfahren, die Aufträge in der Produktionsplanung erzeugen. Von den hier dargestellten Verfahren erzeugt nur das Bestellrhythmusverfahren (Abschn. 8.1) die Aufträge periodisch. Darüber hinaus können auch andere Verfahren mindestens prinzipiell zu festen Erzeugungszeitpunkten umgesetzt werden. Ihre Verfahrenslogik legt jedoch eine Ereignisorientierung nahe. Wichtigster Nachteil der periodischen Auftragserzeugung ist ihre Trägheit. Sie kann Nachfrageänderungen immer erst zum nächsten Erzeugungszeitpunkt berücksichtigen. Des Weiteren erzeugt sie viele Aufträge zur gleichen Zeit und verhindert dadurch eine gleichmäßige Auftragserzeugung. Während diese Eigenschaft für die Koordination von Transporten durchaus vorteilhaft sein kann, führt sie in der Fertigung zu einem stoßweisen Auftragseingang. Die Nachteile können durch kurze Abstände zwischen den Planungsläufen vermindert werden. Die periodische Auftragserzeugung kann ggf. den Steuerungsaufwand begrenzen, da sie keine kontinuierliche Erfassung der für die Auftragserzeugung relevanten Informationen erfordert. 7.3.2 Ereignisorientierte Auftragserzeugung Die ereignisorientierte Auftragserzeugung entscheidet nach bestimmten Ereignissen über die Erzeugung eines Auftrags. Diese Ereignisse sind in der Regel: • •

Eingang eines Kundenauftrags Materialentnahme aus einem Lager (bzw. dessen Reservierung)

142

•

7 Grundlagen der Auftragserzeugung

Änderung von Verfahrensparametern (z. B. Erhöhung des Sicherheitsbestands)

Eine ereignisorientierte Auftragserzeugung kann sehr schnell auf Ereignisse reagieren und vermeidet dadurch die für die periodische Auftragserzeugung typischen Verzögerungen. Sie stellt jedoch grundsätzlich höhere Anforderungen an die Informationserfassung und -verarbeitung. Die Verfahren sind daher meist sehr einfach gestaltet und berücksichtigen nur wenige Informationen zur Entscheidung über die Erzeugung eines Auftrags. Dies kann zumindest prinzipiell die Qualität der Entscheidung negativ beeinflussen. Tabelle 7.3 listet in der Praxis angewendete oder in der Fachliteratur häufig zitierte Verfahren mit ereignisorientierter Auftragserzeugung auf. Tabelle 7.3 Verfahren mit ereignisorientierter Auftragserzeugung Kapitel 8 9 10 11 12 13 14 15

Fertigungssteuerungsverfahren Bestellbestandsverfahren Kanban Korma Synchro-MRP Kanban-Conwip-Hybrid Fortschrittszahlensteuerung Basestock Production Authorization Cards (PAC)

7.4 Klassifizierung von Auftragserzeugungsverfahren Um eine Übersicht über die behandelten Verfahren zu geben, werden diese im Folgenden anhand von vier Kriterien klassifiziert. Die Kriterien sind: • • • •

Erzeugungsumfang Auslösungslogik Verfahrenscharakter primäres Erzeugungskriterium

Die beiden erstgenannten Klassifizierungskriterien, Erzeugungsumfang und Auslösungslogik, wurden bereits behandelt. Der Verfahrenscharakter ist spezifisch, wenn die Verfahrensregeln eindeutig festgelegt sind und der Anwender ausschließlich definierte Verfahrensparameter anpassen kann. Durch die Anpassung der Verfahrensparameter wird die prinzipielle Wirkung des Verfahrens jedoch nicht geändert. Bei generischen Verfahren kann der Anwender auch deren prinzipielle Wirkung beeinflussen, entweder durch die Definition offener Verfahrensregeln oder durch das Setzen von Gestaltungsparametern. Generische Verfahren sind meist in der Lage, mehrere unterschiedliche spezifische Verfahren abzubilden.

7.4 Klassifizierung von Auftragserzeugungsverfahren

143

Das primäre Erzeugungskriterium beschreibt, wann bzw. nach welchen Ereignissen eine Auftragserzeugung üblicher Weise ausgelöst wird. Es ist damit eine weitere Detaillierung der Auslösungslogik. Die aus diesen vier Kriterien resultierende Klassifizierung der behandelten Verfahren zur Auftragserzeugung zeigt Tabelle 7.4. Tabelle 7.4 Klassifizierung von Auftragserzeugungsverfahren Verfahren

Erzeugungsumfang

Auslösungslogik

Verfahrenscharakter

primäres Erzeugungskriterium

einstufig

periodisch

spezifisch

Bestellzeitpunkt

einstufig

ereignisorient.

spezifisch

Bestellbestand

Kanban

einstufig

ereignisorient.

spezifisch

Korma

einstufig

ereignisorient.

spezifisch

einstufig/ mehrstufig

ereignisorient.

spezifisch

einstufig/ mehrstufig

ereignisorient.

spezifisch

Bestellrhythmusverfahren Bestellbestandsverfahren

Synchro MRP hybride Kanban-ConwipSteuerung Basestock Fortschrittszahlen PAC

Materialentnahme Auftragsfreigabe Materialentnahme/Produktionsprogramm Materialentnahme

mehrstufig

ereignisorient.

spezifisch

Bedarf

zu definieren

ereignisorient.

generisch

zu definieren

zu definieren

ereignisorient.

generisch

zu definieren

Erzeugungsumfang: Eindeutig der einstufigen Auftragserzeugung können das Bestellrhythmusverfahren, das Bestellbestandsverfahren, Kanban und die Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung Korma zugeordnet werden. Synchro MRP kombiniert die einstufige Auftragserzeugung der Kanban-Steuerung mit einer in der Regel mehrstufigen Auftragserzeugung aus einer Produktionsprogrammplanung. Die hybride Kanban-Conwip-Steuerung verbindet auf der ersten Produktionsstufe ebenfalls Elemente einer einstufigen und einer mehrstufigen Auftragserzeugung. Die Basestock-Steuerung ist der Grundlogik nach eindeutig der mehrstufigen Auftragserzeugung zuzuordnen. Bei den generischen Verfahren der Auftragserzeugung (Fortschrittszahlen, Production Authorization Cards) definiert der Anwender den Erzeugungsumfang. Auslösungslogik: Nur das Bestellrhythmusverfahren erzeugt die Aufträge periodisch, die übrigen Verfahren dagegen ereignisorientiert. Es ist jedoch zumindest denkbar, die ereignisorientierten Verfahren nur zu bestimmten Zeitpunkten zu aktivieren, um mit ihnen eine periodische Auftragserzeugung durchzuführen. Verfahrenscharakter: Die Auftragserzeugung mit Fortschrittszahlen und mit Production Authorization Cards ist generischer Natur. Die übrigen Verfahren haben spezifizierte Verfahrensregeln. Primäres Erzeugungskriterium: Das Bestellrhythmusverfahren erzeugt Aufträge zu definierten Bestellzeitpunkten, das Bestellbestandsverfahren, wenn ein defi-

144

7 Grundlagen der Auftragserzeugung

nierter Bestellbestand erreicht oder unterschritten wird. Bei der Kanban-Steuerung löst eine Materialentnahme die Erzeugung eines Nachfertigungsauftrags aus. Dies gilt auch für die hybride Kanban-Conwip-Steuerung sowie für die Synchro-MRPSteuerung. Letztere berücksichtigt mit einem sog. Tagesproduktionsprogramm jedoch ein weiteres Kriterium der Auftragserzeugung. Auf den ersten Blick ungewöhnlich ist der Zeitpunkt der Auftragserzeugung bei der Kapazitätsorientierten Materialbewirtschaftung. Diese erzeugt einen Nachfertigungsauftrag für eine Variante immer dann, wenn ein vorher erzeugter Nachfertigungsauftrag für die Fertigung freigegeben wird. Die Basestock-Steuerung orientiert sich bei der Auftragserzeugung am Kundenbedarf, während die Anwender bei den generischen Verfahren (Fortschrittszahlen und PAC) das Kriterium zur Auftragserzeugung erst definieren müssen.

7.5 Berücksichtigung von Losgrößen Viele Unternehmen fertigen bestimmte Teile und Komponenten grundsätzlich nur in definierten Losgrößen. Wird dies bei der Bedarfsauslösung berücksichtigt, resultiert daraus häufig eine Nachfrageverzerrung. Dies sei an einem Beispiel erläutert: Ein Produkt P bestehe aus einer Komponente K und einem Teil T1 (Bild 7.5), die Komponente wiederum aus den zwei Teilen T2 und T3. Die Teile T1 und T2 werden in den folgenden Erläuterungen nicht weiter beachtet.

IFA 10.863

Bild 7.5

Effekte der Losbildung bei der Bedarfsauflösung

Ein MRP-Planungslauf würde bei einem Bedarf nach 1-25 Produkten einen Auftrag von 25 Einheiten erzeugen. Dieser Auftrag würde einen Sekundärbedarf von 25 Komponenten verursachen. Um diesen Bedarf zu decken, wären zwei Lose von Komponente K aufzulegen. Diese erzeugten einen Sekundärbedarf von 40 Teilen T3, der durch die Auflage von zwei Losen von je 30 Teilen T3 gedeckt werden könnte. Die Losbildung führt im Beispiel dazu, dass aus einem Bedarf nach 1-25 Produkten eine Nachfrage nach 60 Teilen T3 entsteht.

7.6 Berücksichtigung von Kapazitätsrestriktionen

145

Dieser Effekt trägt zur sog. MRP-Nervousness bei. Diese bezeichnet das Phänomen, dass schon kleine Änderungen der Nachfrage (im Beispiel z. B. von 25 auf 26 ME für das Produkt) große Änderungen im Teilebedarf hervorrufen können [Voll-91]. Der Effekt kann natürlich auch bei anderen Verfahren als dem MRPKonzept auftreten. Die Nachfrageverzerrung kann durch abgestimmte Losgrößen entschärft werden (im Beispiel etwa durch eine einheitliche Losgröße von 25 Stück). Wird für die einzelnen Stufen ohnehin mit einem Sicherheits- oder Grundbestand geplant, braucht die Losbildung nicht zwangsläufig bei der Bedarfsauflösung berücksichtigt werden. Der Teilebedarf leitet sich dann direkt aus dem Primärbedarf ab. Die Lose werden erst nach der Bedarfsauflösung gebildet. Ein Beispiel hierfür ist das Fortschrittszahlenprinzip (Kap. 13).

7.6 Berücksichtigung von Kapazitätsrestriktionen Den in Buchteil B beschriebenen Verfahren der Lagerfertigung ist eines gemein: Die Verfahrensregeln berücksichtigen nicht die Kapazitätsrestriktionen der Fertigung. Für die Bewertung des (nicht dargestellten) MRP II-Konzepts ist dies Anlass zu stetiger Kritik, obwohl das Verfahren Kapazitätsrestriktionen explizit berücksichtigt. Die hier beschriebenen Verfahren der Lagerfertigung bleiben von dieser Kritik hingegen oft verschont, obwohl sie die Kapazität tatsächlich nicht berücksichtigen. Der Grund für die Missachtung der verfügbaren Kapazität ist einfach: Direkt oder indirekt ist es stets der Kunde, der für die Auftragserzeugung verantwortlich ist. Dieser berücksichtigt bisher jedoch nur im Ausnahmefall die Kapazitätsrestriktionen des Lieferanten. Übersteigt der aus dem Kundenbedarf resultierende Kapazitätsbedarf das Kapazitätsangebot, gibt es grundsätzlich keine Möglichkeit, allen Kundenwünschen termingerecht zu entsprechen (vgl. Kap. 2 und 3). In der Auftragsfertigung besteht entweder die Möglichkeit, Kundenaufträge abzulehnen oder einen Liefertermin auszuhandeln, der eingehalten werden kann. In der Lagerfertigung sind die Handlungsmöglichkeiten meist geringer. Sie umfassen u. a. die Preisbildung (vgl. Kap. 4). Im Folgenden wird aufgezeigt, wie mit dem Problem begrenzter Kapazitäten in der Auftragserzeugung grundsätzlich umgegangen werden kann. Überprüfung des Produktionsprogramms auf Realisierbarkeit

Das Produktionsprogramm wird nach seiner Erzeugung auf seine Realisierbarkeit hin überprüft. Ist das Produktionsprogramm nicht realisierbar, wird es so lange angepasst, bis es umgesetzt werden kann. Es existieren dazu verschiedene Möglichkeiten, die sich hinsichtlich ihres Detaillierungsgrads und ihrer Automatisierbarkeit unterscheiden: •

Grobkapazitätsplanung mit Kapazitätslisten: Auf einer sehr groben Ebene kann mit Hilfe von Kapazitätslisten überprüft werden, ob das Produktionsprogramm grundsätzlich durchführbar erscheint (vgl. Kap. 4 sowie [Voll-91]).

146

•

•

7 Grundlagen der Auftragserzeugung

Belastungsprofile der Arbeitssysteme: Aus den vorläufig erzeugten Aufträgen kann ein Belastungsprofil für die Arbeitssysteme erstellt werden. Es ist Aufgabe des Planers (manuelle Umplanung) oder von Planungsalgorithmen (automatische Umplanung), die Aufträge so umzuplanen, dass Kapazitätsüberlastungen vermieden werden. Feinterminierung mit begrenzter Kapazität: Jeder Auftrag wird in einer Feinterminierung minutengenau auf die Arbeitssysteme (ggf. auch auf Mitarbeiter und Werkzeuge) eingeplant. Aus dem resultierenden Belegungsplan ergibt sich das Produktionsprogramm einer Periode.

Variantenspezifische Bestandsregelung

Eine variantenspezifische Bestandsregelung kann den Bestandsaufbau verhindern, der bei unausgeglichenen Kapazitäten aus einer Nachfrage resultiert, die das Kapazitätsangebot überschreitet. Voraussetzung hierfür sind enge Regelkreise, die nicht die gesamte Fertigung umfassen, sondern allenfalls Teilbereiche. Dies ist häufig bei der Kanban-Steuerung der Fall. Diese koppelt die Auftragserzeugung an die Materialentnahme des nachfolgenden Arbeitssystems. Dadurch werden grundsätzlich nicht mehr Aufträge erzeugt, als das nachfolgende Arbeitssystem fertigen kann. Durch die Verknüpfung der Arbeitssysteme wird dieser Regelmechanismus auf die gesamte Fertigung übertragen. Die Wirksamkeit dieses Mechanismus wird jedoch durch eine hohe Variantenzahl eingeschränkt. Kombination mit Auftragsfreigabeverfahren

Die Auftragserzeugung wird mit einem Verfahren zur Auftragsfreigabe kombiniert, das die Bestände der Fertigung regelt (vgl. Teil C). Derartige Verfahren verhindern die Freigabe eines Auftrags in die Fertigung, wenn der Fertigungsbestand eine definierte Höhe überschreitet. Dadurch kann häufig ein wesentlicher Teil der negativen Auswirkungen einer nicht mit den Kapazitäten abgestimmten Auftragserzeugung vermieden werden (vgl. dazu ausführlicher die Beschreibungen in Kap. 16). Nachdem in diesem Kapitel die Grundlagen der Auftragserzeugung beschrieben wurden, stellt das nächste Kapitel mit dem Bestellbestandsverfahren das wohl bekannteste Verfahren der Auftragserzeugung vor.

8 Bestellbestandsverfahren

Das Bestellbestandsverfahren ist gleichzeitig eines der ältesten als auch der verbreitetsten Verfahren der Beschaffungs- und Produktionslogistik. Es regelt weltweit die Lagerbestände in Produktions- und Handelsunternehmen. Das Verfahren beeinflusst über seine Parameter zudem den Servicegrad der gesteuerten Varianten und damit die Lieferbereitschaft des Unternehmens. Das Bestellbestandsverfahren erzeugt einen Auftrag für eine Variante, wenn deren Lagerbestand (zuzüglich erwarteter Lagerzugänge aus offenen Lageraufträgen) einen definierten Bestellbestand erreicht oder unterschreitet. Unternehmen wenden das Verfahren in Beschaffungs-, Halbfabrikate- und Fertigwarenlägern an. Es wirkt über die Bestelllosgröße und den Zeitpunkt der erzeugten Aufträge direkt auf eine vorgelagerte Fertigung ein. Viele Unternehmen könnten ihre Lagerbestände und damit ihre Kapitalbindung erheblich reduzieren, wenn sie die drei Verfahrensparameter Bestelllosgröße, Sicherheitsbestand und Wiederbeschaffungszeit in geeigneter Weise festlegten und die Wechselwirkungen mit der Fertigung berücksichtigten. Im Folgenden werden die Verfahrensregeln des Bestellbestandsverfahrens dargestellt (Abschn. 8.1) und im Hinblick auf die logistische Zielerreichung diskutiert (Abschn. 8.2). Dabei werden auch Verfahrensvarianten – wie das Bestellrhythmusverfahren oder die Reservierung von Lagerbeständen – berücksichtigt. Abschnitt 8.3 zeigt auf, wie die Parameter des Bestellbestandsverfahrens festgelegt werden können. Das Verfahren wird in der Praxis sehr häufig auch unternehmensübergreifend eingesetzt (Abschn. 8.4). Über ein Anwendungsbeispiel des Verfahrens berichtet Abschnitt 8.5.

8.1 Verfahrensbeschreibung Im Folgenden werden neben dem Grundverfahren vier Verfahrensvarianten dargestellt: • • • •

Grundverfahren (Abschn. 8.1.1) Bestellrhythmusverfahren (Abschn. 8.1.2) Bestellbestandsverfahren mit variabler Bestelllosgröße (Abschn. 8.1.3) Reservierung von Beständen im Bestellbestandsverfahren (Abschn. 8.1.4)

148

8 Bestellbestandsverfahren

8.1.1 Grundverfahren Das Bestellbestandsverfahren regelt die Varianten eines Unternehmens unabhängig voneinander. Es erzeugt einen Nachfertigungsauftrag mit fester Bestelllosgröße, wenn der Lagerbestand den Bestellbestand der Variante erstmalig erreicht oder unterschreitet. Dabei werden erwartete Lagerzugänge zum Lagerbestand hinzu addiert. Als erwartete Lagerzugänge werden die Liefermengen aller Nachfertigungsaufträge berücksichtigt, die bereits erzeugt wurden, aber noch nicht dem Lager zugegangen sind. Die Bedingung für die Generierung eines Auftrags lautet entsprechend:

BL + ∑ LA offen ≤ BB mit

BL LAoffen BB

(8.1)

Lagerbestand [ME] Liefermenge offener Lageraufträge [ME] Bestellbestand [ME]

Es werden so viele Aufträge erzeugt, bis die Summe aus Lagerbestand und der Liefermenge offener Lageraufträge den Bestellbestand wieder überschreitet. Der bzw. die Nachfertigungsaufträge gehen dem Lager nach der Wiederbeschaffungszeit zu und erhöhen den Lagerbestand der Variante. Das Bestellbestandsverfahren führt zu einem sägezahnförmigen Bestandsverlauf, wenn die Lagerabgangsmengen klein sind im Verhältnis zu den Liefermengen (Bild 8.1).

IFA D4147

Bild 8.1

Idealer Lagerbestandsverlauf bei Anwendung des Bestellbestandsverfahrens (Wiendahl)

Wird das Lager durch eine Fertigung beliefert, welche die verschiedenen Lagervarianten fertigt, konkurrieren in der Fertigung meist Nachfertigungsaufträge unterschiedlicher Varianten um die Kapazitäten der Fertigung (Bild 8.2).

8.1 Verfahrensbeschreibung

149

10.672

Bild 8.2

Prinzipdarstellung des Bestellbestandsverfahrens

Zudem fertigt die Produktion in vielen Unternehmen einen Teil der Aufträge kundenspezifisch (Mischfertigung). Die Kundenaufträge müssen dann mit den vom Bestellbestandsverfahren generierten Aufträgen koordiniert werden.1 Die Verfahrensregeln des Bestellbestandsverfahrens werden im Folgenden anhand eines Beispiels erläutert. Ein Unternehmen erzeuge Aufträge für die drei Varianten A, B und C mit dem Bestellbestandsverfahren. Die Aufträge weiterer Varianten (D – F) werden kundenauftragsspezifisch erzeugt, im Folgenden aber nicht näher betrachtet. Alle Varianten durchlaufen die Arbeitssysteme AS 1 bis AS 3 (Bild 8.3). Besonders betrachtet wird die Variante A mit einem Lagerbestand von 100 ME. Das Unternehmen hat den Bestellbestand auf 60 ME festgelegt. In der Ausgangssituation befindet sich kein Nachfertigungsauftrag für Variante A in der Fertigung (Bild 8.3 a). Wenn ein Kunde 30 ME von Variante A nachfragt (Schritt 1 in Bild 8.3 b), liefert das Unternehmen die Variante an den Kunden (Schritt 2), so dass sich der Lagerbestand auf 70 ME reduziert (Schritt 3); der Bestellbestand wird also noch nicht unterschritten. Später ruft ein Kunde 30 ME von Variante A ab (Schritt 1 in Bild 8.3 c). Der Bestand sinkt durch die Lieferung (Schritt 2) unter den Bestellbestand auf 40 ME (Schritt 3). Das Bestellbestandsverfahren erzeugt einen Nachfertigungsauftrag in Höhe der Bestelllosgröße von 50 ME (Schritt 4). Der Auftrag wird sofort für die Fertigung freigegeben, das Ausgangsmaterial bereitgestellt. Für die Bestandsführung wird gleichzeitig ein Lagerauftrag in Höhe von 50 ME erzeugt (Schritt 5). Die Summe von Lagerbestand und offenen Lagerzugängen nimmt dadurch auf 90 ME zu, so dass der Bestellbestand unmittelbar wieder überschritten wird. Der generierte Auftrag reiht sich in die Warteschlange vor Arbeitssystem 1 ein und wartet auf die Bearbeitung. Bis er fertig gestellt wird und dem Fertigwarenlager zugeht, müssen alle Kundenbedarfe aus dem Lagerbestand von 40 ME bedient werden. Der erste Bedarf tritt bald ein (Bild 8.3 d). Ein Kunde ruft 10 ME der Variante A ab (Schritt 1). Der Lagerbestand reduziert sich durch die Lieferung auf 30 ME 1

Ein Verfahren, das diesem Aspekt besondere Aufmerksamkeit widmet, ist die Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung (Kap. 10).

150

8 Bestellbestandsverfahren

(Schritte 2 und 3). Der Nachfertigungsauftrag für Variante A ist mittlerweile an Arbeitssystem 2 eingetroffen. In der Zwischenzeit wurden weitere Aufträge für andere Varianten erzeugt.

IFA 10.665A

Bild 8.3

Funktionsweise des Bestellbestandsverfahrens (1)

8.1 Verfahrensbeschreibung

151

IFA 10.665B

Bild 8.3

Funktionsweise des Bestellbestandsverfahrens (2)

Etwas später geht eine Nachfrage von 30 ME ein (Schritt 1 in Bild 8.3 e). Der Lagerbestand wird durch die Lieferung vollständig aufgebraucht (Schritt 2). Die Summe von Lagerbestand und erwarteten Lagerzugängen sinkt unter den Bestellbestand von 60 ME (Schritt 3). Das Bestellbestandsverfahren erzeugt einen weiteren Nachfertigungsauftrag für Variante A von 50 ME (Schritt 4). Dies verdeutlicht, warum die offenen Eingänge berücksichtigt werden: Würde sich die Auftragserzeugung ausschließlich am Lagerbestand ausrichten, würde kein Auf-

152

8 Bestellbestandsverfahren

trag erzeugt und die Lieferbereitschaft auch zukünftig nicht gesichert. Die Summe der erwarteten Lagerzugänge erhöht sich durch den erzeugten Nachfertigungsauftrag auf 100 ME (Schritt 5). Jeder weitere Kundenbedarf, der vor dem Eintreffen des ersten Nachfertigungsauftrags eingeht, kann nicht bedient werden und verringert den Servicegrad der Variante. Kurze Zeit später fragt ein Kunde weitere 10 ME nach (Schritt 1 in Bild 8.3 f). Der Kundenbedarf kann nicht erfüllt werden (Schritt 2). Das Unternehmen verliert einen Auftrag. Der erste Nachfertigungsauftrag geht am folgenden Tag dem Lager zu (Schritt 1 in Bild 8.3 g). Dadurch erhöht sich der Lagerbestand auf 50 ME (Schritt 2). Entsprechend verringert sich die Summe der erwarteten Lagerzugänge auf 50 ME. 8.1.2 Bestellrhythmusverfahren Das Bestellrhythmusverfahren ist eng mit dem Bestellbestandsverfahren verwandt. In regelmäßigen Intervallen wird der Lagerbestand erfasst und ein Nachfertigungsauftrag in Höhe der Differenz zum maximalen Lagerbestand der Variante generiert (Bild 8.4).

IFA 10.669B

Bild 8.4

Idealer Bestandsverlauf beim Bestellrhythmusverfahren

Der maximale Lagerbestand ist ein vom Anwender festzulegender Verfahrensparameter. Bei der Berechnung der Bestellmenge werden ggf. auch erwartete Lagerzugänge berücksichtigt. Letztere können vernachlässigt werden, wenn die Lie-

8.1 Verfahrensbeschreibung

153

ferung stets vor dem nächsten Bestellzeitpunkt erfolgt. Für die Bestelllosgröße gilt die folgende Gleichung:

LG Best (T B ) = BLmax − BL(T B ) − ∑ LAoffen (T B ) mit

LGBest BLmax BL LAoffen TB

(8.2)

Bestelllosgröße [ME] maximaler Lagerbestand [ME] Lagerbestand [ME] Liefermenge offener Lageraufträge [ME] Bestellzeitpunkt [BKT]

Die Bestelllosgröße variiert beim Bestellrhythmusverfahren mit dem Lagerabgang zwischen zwei Bestellzeitpunkten. Dies kann nachteilig sein, wenn das Bestellrhythmusverfahren eine vorgelagerte Fertigung steuern soll. Hier ist es meist sinnvoll, die Fertigungslosgröße in Abhängigkeit von den Rüstkosten festzulegen. Das Bestellrhythmusverfahren wird daher in der Regel angewendet, wenn mit dem Lieferanten bestimmte Lieferrhythmen vereinbart wurden. Es synchronisiert dann die Lieferzeitpunkte unterschiedlicher Varianten und ermöglicht so die Bündelung von Lieferungen. 8.1.3 Bestellbestandsverfahren:mit variabler Bestelllosgröße Das Bestellbestandsverfahren mit variabler Bestelllosgröße kombiniert Elemente des konventionellen Bestellbestandsverfahrens und des Bestellrhythmusverfahrens: Wie beim konventionellen Bestellbestandsverfahren wird eine Bestellung ausgelöst bzw. ein Nachfertigungsauftrag generiert, wenn der Lagerbestand zuzüglich der erwarteten Lagerzugänge den Bestellbestand erreicht oder unterschreitet. Wie beim Bestellrhythmusverfahren entspricht die Bestelllosgröße der Differenz zwischen dem definierten Maximalbestand und dem Lagerbestand. Leider kombiniert das Verfahren eher die Nachteile als die Vorteile der Verfahren. Wie das konventionelle Bestellbestandsverfahren eignet es sich weniger gut dazu, die Bestellzeitpunkte mit definierten Lieferzeitpunkten abzustimmen. Mit dem Bestellrhythmusverfahren hat es die variierenden Bestelllosgrößen gemein. Anders als beim Bestellrhythmusverfahren kann die Bestelllosgröße jedoch eine Mindestmenge nicht unterschreiten, die sich aus der Differenz von Maximalund Bestellbestand ergibt. In vielen Fällen wird sich die Fertigungssteuerung im Ergebnis daher nicht wesentlich vom konventionellen Bestellbestandsverfahren mit konstanter Bestelllosgröße unterscheiden. Das Bestellbestandsverfahren mit variabler Bestelllosgröße wird zum Abschluss anhand eines einfachen Beispiels erläutert. Betrachtet wird ein Erzeugnis, dessen Bestellbestand durch einen Kundennachfrage unterschritten worden sei (Tabelle 8.1):

154

8 Bestellbestandsverfahren

Tabelle 8.1 Berechnung der Bestelllosgröße beim Bestellbestandsverfahren mit variabler Bestelllosgröße Erzeugnis E1 Zeitpunkt

vor Auftragserzeugung nach Auftragserzeugung vor Lieferung nach Lieferung

Bestellbestand = 60 ME maximaler Lagerbestand = 100 ME Lagerbestand

erwartete Lagerzugänge

Bestelllosgröße

[ME]

[ME]

[ME]

30

0

30

70

20 90

70 0

70

Zum Betrachtungszeitpunkt liegt ein Bestand von 30 ME auf Lager, bei einem Bestellbestand von 60 ME. Das Verfahren generiert einen Nachfertigungsauftrag in Höhe von 70 ME (Maximalbestand minus Ist-Bestand). Dadurch entsteht ein erwarteter Lagerzugang in Höhe der Bestelllosgröße von 70 ME. Während der Lieferzeit reduziere sich der Lagerbestand durch Kundennachfragen auf 20 ME. Mit der Lieferung des Nachfertigungsauftrags erhöht sich der Lagerbestand auf 90 ME; die erwarteten Lagerzugänge gehen auf null zurück. 8.1.4 Bestellbestandsverfahren mit reservierten Beständen Viele Unternehmen reservieren Bestände, wenn Bestellungen vorliegen, die erst zu einem zukünftigen Zeitpunkt ausgeliefert werden. Intention der Reservierung ist meist, die Erfüllung einer getroffenen Lieferzusage sicher zu stellen. Der reservierte Bestand kann dann nicht mehr eingesetzt werden, um andere Kundenbedarfe zu bedienen. Es ist zwischen dem physischen und dem verfügbaren Lagerbestand zu differenzieren. Reservierte Bestände reduzieren den verfügbaren Lagerbestand. Es gilt zu jedem Zeitpunkt:

BLverf (T ) = BL(T ) − BLreserv (T ) mit

BLverf BL BLreserv

(8.3)

verfügbarer Lagerbestand [ME] Lagerbestand [ME] reservierter Lagerbestand [ME]

Das Verfahren erzeugt einen Nachfertigungsauftrag, sobald der verfügbare Bestand den Bestellbestand erreicht oder unterschreitet:

BLverf + ∑ LAoffen ≤ BB mit

BLverf LAoffen BB

verfügbarer Lagerbestand [ME] Liefermenge offener Lageraufträge [ME] Bestellbestand [ME]

(8.4)

8.2 Diskussion der Verfahrensregeln

155

Entsprechend kann die Reservierung eines Lagerbestands die vorzeitige Erzeugung eines Nachfertigungsauftrags auslösen. Ist die Bestellung Vorbote eines zukünftig erhöhten Bedarfs, ist die vorzeitige Generierung eines Nachfertigungsauftrags gerechtfertigt. Andernfalls führt sie zu einem höheren Lagerbestand, ohne den Servicegrad zu erhöhen. Die Reservierung kann im Gegenteil den Servicegrad verringern. Dies ist der Fall, wenn bis zum Bedarfszeitpunkt des reservierten Lagerbestands

• •

zunächst ein Kundenbedarf eintrifft, der aufgrund der Reservierung nicht bedient werden darf und anschließend ein Lagerzugang eintrifft, der ausgereicht hätte, um den Kundenbedarf zu bedienen, für den der Bestand reserviert wurde.

Nicht selten bestellen Kunden gerade große Abnahmemengen mit ausreichendem Vorlauf, damit sich der Lieferant auf den erhöhten Bedarf einstellen kann. In diesem Fall ist es häufig sinnvoll, für diese Bestellung einen speziellen Fertigungsauftrag zu generieren, der vom Bedarfszeitpunkt aus rückwärts terminiert wird. Dies hat zudem den Vorteil, dass der vom Bestellbestandsverfahren zu bewältigende Bedarfsverlauf nicht durch große Einzelbedarfe verzerrt wird.

8.2 Diskussion der Verfahrensregeln Obwohl das Bestellbestandsverfahren sehr verbreitet ist, ist die logistische Zielerreichung sowohl im Lager (hohe Bestände, unzureichender Servicegrad) als auch in der Fertigung (hohe Bestände und Terminabweichungen) häufig unbefriedigend. Verfahrensimmanente Schwächen werden nachfolgend anhand der in Abschnitt 3.3.2 entwickelten Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren aufgezeigt. Das Verfahren verliert zudem an Effizienz, wenn die Verfahrensparameter nicht fachgerecht festgelegt werden (vgl. Abschn. 8.3). Darüber hinaus ist die Steuerungsaufgabe selbst häufig sehr anspruchsvoll. In vielen Unternehmen beinhaltet die Lagerfertigung de facto das Versprechen, unabhängig von Bedarfszeitpunkt und Bedarfsmenge stets lieferbereit zu sein. Dies setzt auch bei einer sehr guten Fertigungssteuerung entweder hohe Lagerbestände oder sehr flexible Kapazitäten voraus. Ein wichtiger Ansatzpunkt ist es daher, die Streuung der Nachfrage zu reduzieren und damit die Steuerungsaufgabe selbst zu vereinfachen. 1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Eine Bestandsregelung gibt Aufträge frei, sobald der Bestand unter den PlanBestand fällt. Dadurch können Aufträge sowohl vorzeitig als auch nach dem PlanFreigabetermin in die Fertigung eingestoßen werden. Zwar begrenzt das Bestellbestandsverfahren den maximalen Lagerbestand jeder einzelnen Variante und damit indirekt auch den maximalen Bestand der Fertigung über alle Varianten. Bei einer hohen Variantenvielfalt ist diese Bestandsgrenze jedoch so hoch, dass sie praktisch wirkungslos wird. Das Bestellbestandsverfahren ist dann nicht in der

156

8 Bestellbestandsverfahren

Lage, den Bestand der Fertigung zu regeln. Es hält weder Aufträge zurück, wenn der Fertigungsbestand zu hoch ist. Noch gibt es Aufträge vorzeitig frei, falls der Bestand in der Fertigung zu niedrig ist. Letzteres ist auch gar nicht möglich, da die Aufträge direkt nach ihrer Generierung freigegeben werden. Folglich gibt es auch keinen Dispositionsbestand bekannter, aber nicht freigegebener Aufträge. Damit fehlt eine Grundvoraussetzung für eine Bestandsregelung. Es ist häufig sinnvoll, das Bestellbestandsverfahren um eine Bestandsregelung für die Fertigung zu ergänzen, um von den Vorteilen einer Bestandsregelung profitieren zu können. Dazu müssen die Nachfertigungsaufträge generiert werden, bevor der Lagerbestand den Bestellbestand erreicht. Die Aufträge können dann in der Reihenfolge ihrer Vorgriffszeit sortiert werden. Diese gibt die Zeitdauer an, die voraussichtlich bis zum Erreichen des Bestellbestands verstreichen wird (vgl. dazu die von Schönsleben entwickelte Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung in Kap. 10). Das Bestellbestandsverfahren kann dann mit einem beliebigen Auftragsfreigabeverfahren kombiniert werden. 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Aufgrund der fehlenden Bestandsregelung kann das Bestellbestandsverfahren Bestandsschwankungen nicht vermeiden. Die Fertigung ist Bestandsschwankungen vielmehr in besonders hohem Maße ausgesetzt: Die Nachfertigungsaufträge werden zu stochastisch verteilten Zeitpunkten generiert. Daher hat die Fertigungsplanung keine Möglichkeit, die Belastung der Fertigung zu beeinflussen und auf die Kapazitäten abzustimmen. Bestandsschwankungen können vielmehr nur dadurch vermieden werden, dass die Kapazitäten den Belastungsschwankungen angepasst werden. 3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Das Bestellbestandsverfahren verursacht keine blockierten Bestände. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Es ist ein herausragendes Merkmal des Bestellbestandsverfahrens, dass es die Belastung nicht auf die Kapazitäten abstimmt. Die Aufträge werden automatisch bei Unterschreiten des Bestellbestandes generiert und definieren so die Belastung der Fertigung. Um eine hohe logistische Zielerreichung zu gewährleisten, muss ein Unternehmen daher in der Lage sein, die Kapazitäten an die Belastung anzupassen. Damit kommt der Termin- und Kapazitätsplanung eine hohe Bedeutung zu. Ihre Aufgabe ist es vor allem, den Kapazitätsbedarf zu bestimmen und die Kapazitäten auf diesen Bedarf auszurichten. Die Kapazitätsbedarfsplanung wird dadurch erschwert, dass die generierten Nachfertigungsaufträge nur eine sehr kurzfristige Bedarfsplanung erlauben. Auch bei der Kapazitätsbedarfsplanung kann es daher sinnvoll sein, auf Grundlage der Vorgriffszeiten abzuschätzen, wann das Bestellbestandsverfahren weitere Nachfertigungsaufträge generieren wird. Zusätzlich kann ein Unternehmen das Bestellbestandsverfahren um einen Belastungsabgleich ergänzen. Dazu ist es wiederum erforderlich, die Aufträge zu er-

8.2 Diskussion der Verfahrensregeln

157

zeugen, bevor der Lagerbestand den Bestellbestand erreicht. Die Aufträge können dann vorzeitig freigegeben werden, wenn dadurch eine gleichmäßigere Auslastung der Kapazitäten erreicht wird. Dies ist die Grundidee der Kapazitätsorientierten Materialbewirtschaftung (Kap. 10). Des Weiteren kann ein Unternehmen anstreben, die Schwankungen des Bedarfsverlaufs zu reduzieren. Dazu kann es z. B. eine Obergrenze für Bedarfe festlegen, die ab Lager bedient werden. Größere Bedarfe werden dann grundsätzlich auftragsbezogen mit einer ausreichenden Lieferzeit geliefert. Diese Maßnahme kann zudem von einer preislichen Differenzierung (günstigere Stückpreise für längere Lieferzeiten) flankiert werden. Weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Bedarfsschwankung resultieren aus dem Supply Chain Management (vgl. insbesondere Kap. 6). 5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Das Bestellbestandsverfahren verursacht keine Reihenfolgevertauschungen. Es ist jedoch mit einem sinnvollen Verfahren zur Festlegung der Bearbeitungsreihenfolge zu kombinieren (vgl. dazu Kap. 25). Berücksichtigt die Reihenfolgebildung die Bedarfe während der Wiederbeschaffungszeit, können dadurch die Sicherheitsbestände im Fertigwarenlager reduziert werden. 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Planabweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Es ist eine der wesentlichen Aufgaben der Fertigungssteuerung, einen Rückstand zu verhindern und einen entstandenen Rückstand abzubauen. Dazu ist die Kapazität kurzfristig zu erhöhen. Die Rückstandsregelung ist aber kein Bestandteil des Bestellbestandsverfahrens. Wegen der meist schwankenden und schwierig prognostizierbaren Belastung ist die Rückstandsregelung jedoch eine Voraussetzung, um eine hohe logistische Zielerreichung gewährleisten zu können. Das Bestellbestandsverfahren ist daher mit einer Rückstandsregelung zu kombinieren. Dies setzt eine an das Verfahren angepasste Rückstandsmessung voraus (vgl. Kap. 26). 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Das Bestellbestandsverfahren berücksichtigt das Engpassprinzip nicht. 8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Das Bestellbestandsverfahren ist sehr einfach. Dies ist ein wesentlicher Grund für die weite Verbreitung des Verfahrens in der Praxis. 9.

Verfahren der Auftragserzeugung sollten Nachfrageinformationen möglichst schnell und unverzerrt kommunizieren. Die fehlende Kommunikation der Nachfrageinformation ist eine fundamentale Schwäche des Bestellbestandsverfahrens. Es überträgt Nachfrageinformationen nur zum Bestellzeitpunkt und dann mit einer festen Bestelllosgröße. Es übermittelt Änderungen der Nachfragerate nicht unmittelbar, sondern indirekt durch kürzere Abstände zwischen den Bestellzeitpunkten. Dadurch entsteht eine zusätzliche In-

158

8 Bestellbestandsverfahren

formationslaufzeit. Vermeidbare Verzerrungen der Nachfrageinformation können zudem durch eine ungeeignete Anpassung des Sicherheitsbestands an die Nachfragerate entstehen. Falls möglich, ist das Verfahren daher um eine separate zeitnahe Übermittlung von Nachfrageinformationen zu ergänzen.

8.3 Festlegung der Verfahrensparameter Die wichtigsten Verfahrensparameter des Bestellbestandsverfahrens sind der Bestellbestand und die Bestelllosgröße. Der Bestellbestand kann in drei Bestandteile aufgeteilt werden: den Sicherheitsbestand, den mittleren Bedarf während der Wiederbeschaffungszeit und einen Anteil, der von der Lagerabgangslosgröße abhängt. Letzterer berücksichtigt, dass der Lagerbestand zum Bestellzeitpunkt häufig niedriger ist als der Bestellbestand.

BB = SB + WBZ ⋅ BRm + P( X AB ) mit

BB SB WBZ BRm P(XAB)

(8.5)

Bestellbestand [ME] Sicherheitsbestand [ME] Wiederbeschaffungszeit [BKT] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] abgangslosgrößenabhängiger Parameter [ME]

Damit muss der Anwender des Bestellbestandsverfahrens für jede Variante die folgenden Verfahrensparameter festlegen: 1. 2. 3. 4.

Sicherheitsbestand (Abschn. 8.3.1) Wiederbeschaffungszeit (Abschn. 8.3.2) abgangslosgrößenabhängiger Parameter (Abschn. 8.3.3) Bestelllosgröße (vgl. Abschn. 8.3.4)

Abschnitt 8.3.5 erläutert abschließend die Verfahrensparameter des Bestellrhythmusverfahrens. Sie können im Wesentlichen auf die des Bestellbestandsverfahrens zurückgeführt werden. 8.3.1 Sicherheitsbestand

Im Folgenden wird zunächst eine Berechnungsgleichung für den Sicherheitsbestand eingeführt (Abschn. 8.3.1.1). In diese gehen die Plan-Abweichungen ein, die der Sicherheitsbestand abpuffern soll. Die Planabweichungen sind (vgl. dazu ausführlicher Abschn. 3.1.3): 1. maximale positive Lieferterminabweichung (Abschn. 8.3.1.2) 2. maximale negative Liefermengenabweichung (Abschn. 8.3.1.3) 3. maximale positive Bedarfsabweichung (Abschn. 8.3.1.4)

8.3 Festlegung der Verfahrensparameter

159

8.3.1.1 Berechnungsgleichung für den Sicherheitsbestand

Der Sicherheitsbestand sollte auf Basis einer logistischen Positionierung im Zielkonflikt zwischen Lagerbestand und Servicegrad bestimmt werden. Dazu ist zunächst die Servicegradkennlinie für die Artikel zu berechnen und ein ZielServicegrad zu bestimmen (vgl. Bild 3.6). Für einen bestimmten gewichteten ZielServicegrad berechnet sich der erforderliche Sicherheitsbestand dann zu [Lutz02]:

(

)

⎛

SGg2, Ziel

⎜ ⎝

100

SB SGg , Ziel = BL0 ⋅ ⎜ mit

SB SGg,Ziel BL0 BL1 c

⎞

⎛

SGg , Ziel

⎟ ⎠

⎝

100

− 1 ⎟ + (BL1 − BL0 ) ⋅ c 1 − ⎜⎜ 1 −

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

c

(8.6)

Sicherheitsbestand [ME] gewichteter Ziel-Servicegrad [%] Losbestand [ME] praktisch minimaler Grenzbestand [ME] C-Norm-Parameter [-]

Die Berechnungsgleichungen für die Formelparameter BL1 (Gl. 3.8) und BL0 (Gl. 3.7) sind in Abschnitt 3.1.3 angegeben. Für einen Servicegrad von 100% ist der folgende Sicherheitsbestand erforderlich [Nyhu-02]: SBSG = 100% = mit

(LTA

SBSG=100% LTA+max BRm MA max BRmax WBZ

+ max

) ( 2

) (( 2

)

− ⋅ BRm + MAmax + BRmax − BRm ⋅WBZ

)

2

(8.7)

Sicherheitsbestand (für einen Servicegrad von 100%) [ME] maximale positive Lieferterminabweichung (Verzögerung) [BKT] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] maximale negative Mengenabweichung (Unterlieferung) [ME] maximale Bedarfsrate [ME/BKT] Wiederbeschaffungszeit [BKT]

Die Liefertermin- und die Liefermengenabweichung werden von der Fertigung beeinflusst. Entsprechend sind die Wechselwirkungen von Änderungen des Sicherheitsbestands mit der Fertigung besonders zu berücksichtigen. Dies gilt insbesondere für die Lieferterminabweichung. Die einzelnen Faktoren der Gleichung werden nachfolgend diskutiert. 8.3.1.2 Maximale positive Lieferterminabweichung

Die maximale positive Lieferterminabweichung sagt aus, um welche Zeitdauer die geplante Wiederbeschaffungszeit maximal überschritten wird. Je mehr sich die Lieferung verzögert, desto höher ist der erforderliche Sicherheitsbestand. Die maximale positive Lieferterminabweichung wird vom Mittelwert und der Streuung der Terminabweichung der Fertigung beeinflusst.

160

8 Bestellbestandsverfahren

Der Mittelwert der Terminabweichung ergibt sich unmittelbar aus dem Rückstand der Fertigung. Es ist Aufgabe der Termin- und Kapazitätsplanung und der Rückstandsregelung, einen Rückstand zu verhindern bzw. einen entstandenen Rückstand über eine kurzfristige Kapazitätserhöhung möglichst schnell abzubauen. Zwar ist es möglich, einen maximalen Fertigungsrückstand zu definieren, der über den Sicherheitsbestand abgepuffert werden kann. Es wäre jedoch problematisch, den Sicherheitsbestand dynamisch an den jeweils aktuellen Mittelwert der Terminabweichung anzupassen. Das Unternehmen kann dann in einen Fehlerkreis geraten, in dem die Sicherheitsbestände immer weiter erhöht werden, ohne dass sich der Servicegrad erhöhte (Bild 8.5).

IFA 10.646

Bild 8.5

Fehlerkreis der Sicherheitsbestandsanpassung

In der Ausgangssituation nimmt der Rückstand der Fertigung aufgrund eines temporär erhöhten Bedarfs zu. Dadurch steigt die Terminabweichung der Fertigung und in der Folge auch die Lieferterminabweichung. Um sich gegen die höhere Unzuverlässigkeit der Lieferungen zu schützen, erhöht das Unternehmen nun die Sicherheitsbestände. Als Folge generiert das Bestellbestandsverfahren kurzfristig vermehrt Nachfertigungsaufträge. Die Belastung der Fertigung steigt dadurch weiter an. Dadurch nehmen der Rückstand und die Terminabweichung der Fertigung weiter zu und der Fehlerkreis schließt sich. Die Streuung der Lieferterminabweichung hängt vor allem von den Reihenfolgevertauschungen während des Durchlaufs ab, ggf. zusätzlich von Störungen infolge mangelhafter Prozesssicherheit und Verfügbarkeit des Ausgangsmaterials. Ziel sollte es sein, die Streuung der Lieferterminabweichung kontinuierlich zu reduzieren, um so den erforderlichen Sicherheitsbestand gering zu halten. Anders als beim Mittelwert der Lieferterminabweichung sollte ein Unternehmen die Streuung der Lieferterminabweichung messen und die Sicherheitsbestände anpassen. Es kann so eine verringerte Streuung nutzen, um die Bestände zu reduzieren. Um die Streuung zu bestimmen, die über den Sicherheitsbestand abgefangen werden soll, kann die Verteilung der Lieferterminabweichung analysiert werden (Bild 8.6).

8.3 Festlegung der Verfahrensparameter

161

IFA 10.678

Bild 8.6

Verteilung der Lieferterminabweichung (Beispiel)

Die mittlere Lieferterminabweichung im (fiktiven) Beispiel beträgt knapp vier Betriebskalendertage. Sie wird durch einen Fertigungsrückstand verursacht. Fast 99% der Aufträge werden nicht mehr als sieben Tage verspätet geliefert. Entsprechend könnte das Unternehmen einen Sicherheitsbestand festlegen, der eine Streuung der Lieferterminabweichung von drei Betriebskalendertagen abdecken würde. Es stuft dann darüber hinaus gehende Verspätungen als Extremfälle ein, die über den Sicherheitsbestand nicht abgedeckt werden sollen. Die mittlere Lieferterminabweichung ist zu hoch. Akzeptiert das Unternehmen einen maximalen Fertigungsrückstand, der eine Verzögerung von zwei Tagen verursacht, dann wird die maximale positive Lieferterminabweichung auf fünf Betriebskalendertage festgelegt (Mittelwert von 2 Tagen + Streuung von 3 Tagen). Das Unternehmen wird dann bei einem höheren Rückstand den gewünschten Servicegrad zwar nicht erreichen. Dies wird jedoch nicht durch zu niedrige Sicherheitsbestände, sondern durch einen zu hohen Fertigungsrückstand verursacht. Entsprechend sollte es dann die Kapazitäten und nicht die Sicherheitsbestände erhöhen. 8.3.1.3 Maximale negative Liefermengenabweichung

Die maximale negative Liefermengenabweichung (auch: maximale Unterlieferung) sagt aus, um welchen Betrag die Plan-Liefermenge maximal unterschritten wird. Meist bestimmen technologische Einflussfaktoren die maximale Unterlieferung. Je besser ein Unternehmen die Produktionsprozesse beherrscht, desto geringer ist die maximale Unterlieferung. In vielen Fällen kann sie für die Bestimmung des Sicherheitsbestands vernachlässigt werden. Unternehmen können die maximale Unterlieferung auf Grundlage von Vergangenheitsdaten der Produkte oder der Prozesse abschätzen.

162

8 Bestellbestandsverfahren

8.3.1.4 Maximaler Bedarf während der Wiederbeschaffungszeit

Der Sicherheitsbestand soll einen erhöhten Bedarf während der Wiederbeschaffungszeit abpuffern. Um den maximalen Bedarf während der Wiederbeschaffungszeit abzuschätzen, werden häufig Bedarfsdaten aus der Vergangenheit verwendet. Tabelle 8.2 zeigt beispielhaft eine Liste mit 30 Wochenbedarfen. Tabelle 8.2 Bedarfsverlauf für ein Produkt (Beispiel) Woche

Wochenbedarf

Mittlerer Bedarf innerhalb von 2 Wochen (A)

4 Wochen (B)

[-]

[ME]

[ME]

[ME]

(1)

(2)

(3)

(4)

1 2

82 23

105

3

74

97

4

119

193

298 347

5

131

250

6

158

289

482

7

102

260

510

8

139

241

530

9

106

245

505

10

71

177

418

11

56

127

372

12

117

173

350

13

59

176

303

14

114

173

346

15

100

214

390

16

124

224

397

17

79

203

417

18

88

167

391

19

97

185

388

20

110

207

374

21

146

256

441

22

54

200

407

23

114

168

424

24

83

197

397

25

100

183

351

26

79

179

376

27

121

200

383

28

75

196

375

29

125

200

400

30

114

239

435

8.3 Festlegung der Verfahrensparameter

163

Anhand dieser Liste werden nachfolgend zwei Verfahren zur Abschätzung des Maximalbedarfs erläutert. Die Wiederbeschaffungszeit betrage zwei (Alternative A) bzw. vier Wochen (Alternative B). Die Wochenbedarfe in der Liste sind hier normalverteilt (Mittelwert: 100 ME; Standardabweichung: 30 ME). Die erste Möglichkeit besteht darin, in der Liste nach den zwei bzw. vier aufeinander folgenden Wochen mit dem höchsten Bedarf zu suchen. Dazu werden in der Tabelle die Wochenbedarfe entsprechend der Wiederbeschaffungszeit aufsummiert (Spalte 3 bzw. 4). Im Beispiel entstehen in den Wochen fünf und sechs (Alternative A: 289 ME) bzw. fünf bis acht (Alternative B: 530 ME) die höchsten Bedarfe. Bei einem mittleren Bedarf von 100 ME pro Woche müsste der Sicherheitsbestand folglich auf 89 ME (Alternative A: 289 ME – 2 Wochen ⋅ 100 ME/Woche) bzw. auf 130 ME (Alternative B: 530 ME – 4 Wochen ⋅ 100 ME/Woche) festgelegt werden. Die einfache Anwendung ist ein wichtiger Vorteil dieses Vorgehens. Weiterhin kann das Verfahren unabhängig von der Verteilungsform der Nachfrage angewendet werden. Nachteilig ist, dass der so ermittelte maximale Bedarf mit der Länge des Untersuchungszeitraums zunimmt und die Ergebnisse nicht reproduzierbar sind. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, den maximalen Bedarf auf der Grundlage statistischer Gesetze abzuschätzen. Genügt der Bedarf einer bestimmten Verteilungsform, dann kann die Wahrscheinlichkeit bestimmt werden, mit welcher der Bedarf innerhalb der Wiederbeschaffungszeit einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Für die Standardnormalverteilung, die dem Bedarf in Tabelle 8.2 hinterlegt ist, gelten die folgenden Werte (Tabelle 8.3, [Schö-02]): Tabelle 8.3 Bedarfswerte und Wahrscheinlichkeiten bei Standardnormalverteilung (nach Schönsleben) Bedarfswert

Wahrscheinlichkeit für Bd < Bd-Wert

Wahrscheinlichkeit für Bd < Bd-Wert

Bedarfswert

[ME]

[%]

[%]

[ME]

Bdm Bdm + 0,5 Bds Bdm + 1,0 Bds Bdm + 1,5 Bds Bdm + 2,0 Bds Bdm + 2,5 Bds Bdm + 3,0 Bds Bdm + 4,0 Bds Bdm Bds

50,00 69,15 84,13 93,32 97,73 99,38 99,86 99,997

50 65 80 90 95 98 99 99,9

Bdm Bdm + 0,385 Bds Bdm + 0,842 Bds Bdm + 1,282 Bds Bdm + 1,645 Bds Bdm + 2,054 Bds Bdm + 2,326 Bds Bdm + 3,090 Bds

: mittlerer Bedarf [ME] : Standardabweichung des Bedarfs [ME]

Die linke Hälfte gibt, ausgehend von einem Bedarfswert, die Wahrscheinlichkeit an, mit der dieser Bedarfswert während der Statistikperiode unterschritten wird. Die Statistikperiode bezeichnet die Länge der Perioden, in denen die einzelnen Bedarfswerte erhoben wurden. Die rechte Hälfte stellt den umgekehrten Fall dar. Möchte ein Unternehmen etwa wissen, welchen Wert der Bedarf in 99% der

164

8 Bestellbestandsverfahren

Fälle unterschreiten wird, so kann es die zugehörige Berechnungsvorschrift aus der Tabelle ablesen. In diesem Fall trifft dies auf die Summe des Mittelwertes und dem 2,326-fachen der Standardabweichung zu. Um hieraus Aussagen über den maximalen Bedarf während der Wiederbeschaffungszeit ableiten zu können, muss die Standardabweichung des Bedarfs während der Wiederbeschaffungszeit berechnet werden. Nach Schönsleben kann die folgende Gleichung angewendet werden, um aus der Standardabweichung während der Statistikperiode (hier: eine Woche) die Standardabweichung während der Wiederbeschaffungszeit zu bestimmen [Schö-02]: BDs ,WBZ = mit

WBZ ⋅ BDs , stat Pstat

BDs,WBZ WBZ Pstat BDs,stat

(8.8)

Standardabweichung des Bedarfs während der Wiederbeschaffungszeit [ME] Wiederbeschaffungszeit [BKT bzw. Wochen] Länge der Statistikperiode [BKT bzw. Wochen] Standardabweichung des Bedarfs während der Statistikperiode [ME]

Die Gleichung zeigt einmal mehr die Bedeutung kurzer Wiederbeschaffungszeiten auf: Je kürzer die Wiederbeschaffungszeit ist, desto geringer ist der maximale Bedarf während der Wiederbeschaffungszeit und damit auch der erforderliche Sicherheitsbestand. Im Beispiel liegt dem Bedarf während der Statistikperiode (hier: 1 Woche) eine Standardabweichung von 30 ME zugrunde. Entsprechend errechnen sich für die Standardabweichung des Bedarfs während der Wiederbeschaffungszeit Werte von 43 ME (Alternative A) bzw. 60 ME (Alternative B). Aus Tabelle 8.3 können hieraus entsprechende Werte für den maximalen Bedarf abgeleitet werden. Letztlich können beide Verfahren den maximalen zukünftigen Bedarf natürlich nur näherungsweise abschätzen. Daher ist die für die Berechnung des erforderlichen Sicherheitsbestands eingesetzte maximale Bedarfsrate eine unternehmerische Entscheidung. Sie sagt aus, bis zu welcher Bedarfsrate keine Servicegradverluste entstehen sollen. 8.3.2 Wiederbeschaffungszeit

Die Wiederbeschaffungszeit kann analog zur Lieferzeit nach Gl. 3.1 dimensioniert werden: WBZ = ZDL + ZB + ZLP + ZV + BV + ZAD mit

WBZ ZDL ZB ZLP ZV BV

Wiederbeschaffungszeit [BKT] Durchlaufzeit [BKT] Beschaffungszeit [BKT] Lieferzeitpuffer [BKT] Versandzeit [BKT] Belastungsverschiebung [BKT]

(8.9)

8.3 Festlegung der Verfahrensparameter

ZAD

165

Administrationszeit [BKT]

Einige der Komponenten der Wiederbeschaffungszeit entfallen beim Bestellbestandsverfahren. Wie die Komponenten zu dimensionieren sind, wird im Folgenden einzeln diskutiert. Durchlaufzeit: Die Plan-Durchlaufzeit der liefernden Fertigungseinheit kann mit einer logistischen Positionierung auf der Basis der Arbeitspläne und der Produktionskennlinien der Arbeitssysteme bestimmt werden. Das Vorgehen ist ausführlich in Abschnitt 3.2.2.3 beschrieben. Beschaffungszeit: Die Beschaffungszeit ist zu berücksichtigen, wenn für den Nachfertigungsauftrag Material beschafft werden muss, welches das Unternehmen nicht gelagert hat. Dies ist jedoch eher selten der Fall. Lieferzeitpuffer: Ein Lieferzeitpuffer sollte beim Bestellbestandsverfahren nicht berücksichtigt werden. Es ist vielmehr Aufgabe des Sicherheitsbestands, Schwankungen der Lieferzeit abzupuffern. Versandzeit: Wird das Bestellbestandsverfahren innerhalb eines Unternehmensstandortes angewendet, entspricht die Versandzeit der Einlagerungszeit. Sie kann dann häufig vernachlässigt werden. Befinden sich Lager und Lieferant an verschiedenen Standorten, ist sie dagegen zu berücksichtigen. Zeit für Belastungsverschiebung: Eine Zeit für Belastungsverschiebung wird beim Bestellbestandsverfahren üblicherweise nicht berücksichtigt. Dazu müssten die Belastung der Fertigung gemessen und die Wiederbeschaffungszeiten und damit die Bestellbestände ständig aktualisiert werden. Ein derartiges Vorgehen würde die Bestellbestände bei einer hohen Belastung erhöhen, damit zusätzliche Nachfertigungsaufträge auslösen und die Belastung der Fertigung weiter erhöhen. Es würde damit prozyklisch wirken und die Belastungsschwankungen für die Fertigung verstärken. Administrationszeit: Die Zeit zwischen dem Erreichen des Bestellbestandes und der Generierung des Nachfertigungsauftrags sollte möglichst kurz sein. Dazu müssen einerseits die Lagerbestände zeitnah erfasst werden. Andererseits muss die Bestellung möglichst schnell an den Lieferanten geleitet werden. In vielen Fällen ist die Administrationszeit vernachlässigbar klein. 8.3.3 Abgangslosgrößenabhängiger Parameter

Die durchschnittliche Lagerabgangslosgröße beeinflusst die Effizienz des Bestellbestandsverfahrens. Vorteilhaft sind häufige Entnahmen mit geringer Losgröße (Bild 8.7 a). Bei großen Lagerabgangslosen unterschreitet der Lagerbestand zum Bestellzeitpunkt den vorgegebenen Bestellbestand zum Teil erheblich (Bild 8.7 b). Während der Wiederbeschaffungszeit steht dann ein entsprechend geringerer Lagerbestand zur Verfügung, um eingehende Bedarfe zu bedienen. Entsprechend muss der Bestellbestand erhöht werden, um den gewünschten Lagerbestand zum Bestellzeitpunkt zu erreichen.

166

8 Bestellbestandsverfahren

IFA 10.670

Bild 8.7

Auswirkung der Lagerabgangslosgrößen auf den Bestand zum Bestellzeitpunkt

Im ungünstigsten Fall gilt: BLmin, TB = BB − X Ab, max + 1 mit

BLmin,TB BB XAb,max

(8.10)

minimaler Bestand zum Bestellzeitpunkt [ME] Bestellbestand [ME] maximale Lagerabgangslosgröße [ME]

8.3.4 Bestelllosgröße

Es gibt zahlreiche Verfahren, um die Bestelllosgröße bei einer Lagerfertigung zu bestimmen. Die nachfolgenden Ausführungen beschränken sich darauf, einige Aspekte darzustellen, die bei der Losgrößenbestimmung berücksichtigt werden sollten. Sie ergänzen die Ausführungen zur Losgrößenbestimmung in Abschnitt 4.1.3.1. Anschließend werden beispielhaft drei Losgrößenverfahren kurz erläutert. Einflussbereiche der Losgrößen

Rüstzeiten und Rüstkosten: Die Losgrößen bestimmen die Anzahl der Rüstvorgänge an den Arbeitssystemen der Fertigung und damit die insgesamt entstehenden Rüstzeiten und -kosten. Mit steigender Losgröße nehmen die Anzahl der Rüstvorgänge und damit die Rüstkosten ab. Bestandskosten: Je größer die Lose sind, desto höher sind auch die Bestände im Lager und in der Fertigung. Dies spricht für möglichst kleine Lose. Erreichbare Bestände und Durchlaufzeiten: Die Losgrößen bestimmen die Auftragszeiten und damit den Verlauf der Produktionskennlinien der Arbeitssysteme einer vorgelagerten Fertigung. Indirekt beeinflussen sie so die wirtschaftlich erreichbaren Bestände und Durchlaufzeiten der Fertigung. Ein gutes Losgrößenverfahren wird daher versuchen, Mittelwert und Streuung der Auftragszeiten an den Arbeitssystemen möglichst gering zu halten, um so einen günstigen Kennlinienverlauf zu erzielen. Losgrößen benachbarter Fertigungsstufen: In mehrstufigen Fertigungsprozessen sollten die Losgrößen aufeinander abgestimmt werden, um so eine enge Verzahnung der Fertigungsstufen zu fördern.

8.3 Festlegung der Verfahrensparameter

167

Kapazitätsgrenzen: Je kleiner die Lose sind, desto mehr Rüstzeiten entstehen, die die produktive Kapazität der Arbeitssysteme mindern. Bei begrenzten Kapazitäten kann der Durchsatz der Fertigung damit von der Losgröße beeinflusst werden. Verfahren zur Losgrößenbestimmung

Die meisten gängigen Verfahren zur Losgrößenberechnung berücksichtigen allenfalls einen Teil dieser Aspekte. Das bekannteste Verfahren, die Andlersche Losgrößenformel, minimiert die Summe von Rüstkosten und Bestandskosten im Lager. Die Losgröße berechnet sich zu: LG Andler = mit

200 ⋅ BDJahr ⋅ RK p ⋅ KS

LGAndler BDJahr RK p KS

(8.11)

kostenminimale Losgröße nach Andler [ME] Jahresbedarf [ME] Rüstkosten [€] Lagerhaltungskostensatz [%] Stückkosten/ME [€]

Die so berechneten Losgrößen sind tendenziell zu hoch. Sie berücksichtigen weder die Bestandskosten in der Fertigung noch den Einfluss auf die erreichbaren Durchlaufzeiten und damit auf den Verlauf der Produktionskennlinien. Nyhuis erweitert die Losgrößenberechnung nach Andler [Nyhu-91]. Er berücksichtigt in der Durchlauforientierten Losgrößenbestimmung zusätzlich die Kapitalbindung während der Durchführungs- und Übergangszeiten der Nachfertigungsaufträge. Der Anwender gibt neben den reinen Kosteninformationen den gewünschten Flussgrad für den Nachfertigungsauftrag vor. Die Losgröße berechnet sich dann zu [Nyhu-91]: LGDOLOS =

mit

200 ⋅ BDJahr ⋅ RK ( s + s0 ) ⋅ BDJahr ⋅ FG ⋅ p AnzAVG te, i p⋅s + ⋅ ∑ 60 ⋅UZ i = 1 KAPi

LGDOLOS BDJahr RK p s s0 FG te,i UZ

(8.12)

kostenminimale Losgröße der Durchlauforientierten Losgrößenbestimmung [ME] Jahresbedarf [ME] Rüstkosten [€] Lagerhaltungskostensatz [%] Herstellkosten/ME [€/ME] Materialkosten/ME [€/ME] Flussgrad [-] Einzelzeit des i-ten Arbeitsvorgangs [min/ME] Dispositionszeitraum [BKT]

168

8 Bestellbestandsverfahren

KAPi AnzAVG

Kapazität des Arbeitssystems, an dem der i-te Arbeitsvorgang ausgeführt wird [Std/BKT] Anzahl Arbeitsvorgänge [-]

Die so berechneten Losgrößen sind grundsätzlich kleiner als bei der Losgrößenberechnung nach Andler. Die Reduzierung ist umso größer, je größer der gewählte Flussgrad und die Arbeitsinhalte sind. Dadurch harmonisiert das Verfahren die Auftragszeiten und führt so zu einem günstigeren Verlauf der Produktionskennlinien der Arbeitssysteme. Letzteres ist das explizite Ziel eines von Greiling entwickelten Verfahrens zur Losgrößenbestimmung, das die Losgrößen aller Varianten simultan plant [Grei97]. Die Simultanplanung ist zwar aufwendiger als die vereinfachende isolierte Losgrößenbestimmung. Sie ist aber auch genauer, da sie die Wechselwirkungen zwischen den Varianten an konkurrierenden Arbeitssystemen abbilden kann. Bei knappen Kapazitäten können zu kleine Losgrößen dazu führen, dass die Kapazitätsbelastung die verfügbaren Kapazitäten überschreitet. Das geplante Produktionsprogramm kann dann nicht realisiert werden. In diesem Fall ist es möglich, die maximale Rüsthäufigkeit der Arbeitssysteme zu bestimmen und auf die Varianten aufzuteilen. Das entsprechende Vorgehen wird in Kapitel 9 für die Kanban-Steuerung erläutert. 8.3.5 Verfahrensparameter des Bestellrhythmusverfahrens

Die Verfahrensparameter des Bestellrhythmusverfahrens sind das Bestellintervall und der maximale Lagerbestand. Das Bestellintervall gibt die zeitliche Dauer zwischen zwei Bestellzeitpunkten an und wird in Betriebskalendertagen gemessen. Es beeinflusst die Bestelllosgröße und den maximalen Lagerbestand einer Variante. Beide nehmen mit zunehmendem Bestellintervall zu. Das Bestellintervall wird in der Regel in Abhängigkeit von den Lieferrhythmen festgelegt und damit u. a. von transportlogistischen Erwägungen beeinflusst. Für einen idealen Lagerprozess ergibt sich ein sägezahnförmiger Lagerbestandsverlauf (Bild 8.4). Die Abhängigkeit des maximalen Lagerbestands vom Bestellintervall wird über die folgende Gleichung beschrieben: BLmax = (WBZ + IB) ⋅ BRm + SB mit

BLmax WBZ IB BRm SB

(8.13)

maximaler Lagerbestand [ME] Wiederbeschaffungszeit [BKT] Bestellintervall [BKT] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] Sicherheitsbestand [ME]

Der maximale Lagerbestand nimmt folglich linear mit der Wiederbeschaffungszeit und dem Bestellintervall zu. Der Lagerbestand erreicht den maximalen Lagerbestand jedoch nur, falls während der Wiederbeschaffungszeit keine Lager-

8.3 Festlegung der Verfahrensparameter

169

abgänge erfolgen. Entspricht der Lagerabgang der mittleren Bedarfsrate, erreicht der Lagerbestand lediglich den Plan-Maximalbestand. BLmax, Plan = IB ⋅ BRm + SB mit

BLmax,Plan IB BRm SB

(8.14)

maximaler Plan-Lagerbestand [ME] Bestellintervall [BKT] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] Sicherheitsbestand [ME]

Der Sicherheitsbestand dient dazu, Terminverzüge in der Lieferung, Unterlieferungen und Bedarfsschwankungen abzupuffern. Er kann daher ähnlich wie beim Bestellbestandsverfahren festgelegt werden. Anders als beim Bestellbestandsverfahren sind die Nachfrageschwankungen jedoch über eine Zeitdauer abzupuffern, die die Summe aus Bestellintervall und Wiederbeschaffungszeit umfasst. Diese Zeitdauer ist länger als die Wiederbeschaffungszeit. Der erforderliche Sicherheitsbestand ist daher meist höher als beim Bestellbestandsverfahren. Das Unternehmen benötigt entsprechend einen höheren Bestand, um den gleichen Servicegrad wie beim Bestellbestandsverfahren zu erreichen. 8.3.6 Dynamische Anpassung der Verfahrensparameter

Die Verfahrensparameter (vor allem: Bestellbestand) über der Zeit an veränderte Einflussgrößen anzupassen ist eine notwendige, aber mit Risiken verbundene Aufgabe. Zunächst wird die Notwendigkeit der Anpassung anhand wichtiger Einflussgrößen auf den Bestellbestand erläutert. Anschließend werden die Risiken der Anpassung diskutiert. Notwendigkeit der Anpassung

Würde ein Unternehmen die Verfahrensparameter langfristig konstant halten, könnte es nicht auf Änderungen der Einflussgrößen reagieren. Das Unternehmen würde zuviel Bestand auf Lager halten, wenn sich die Einflussgrößen günstig entwickelten und im umgekehrten Fall den erforderlichen Servicegrad nicht gewährleisten können. Im Folgenden wird für wichtige Einflussgrößen erörtert, wie sich eine Änderung auf den Bestellbestand auswirkt: Streuung des Bedarfs: Nimmt die Streuung der Bedarfsrate zu, ist der Sicherheitsbestand zu erhöhen, um einen gleichbleibend hohen Servicegrad gewährleisten zu können. Wird der Bedarf gleichmäßiger, kann der Sicherheitsbestand und damit der Bestellbestand reduziert werden. Mittelwert des Bedarfs: Steigt der mittlere Bedarf an, ist der Bestellbestand aus zwei Gründen zu erhöhen: Erstens nimmt der Bedarf während der Wiederbeschaffungszeit zu. Zweitens wirken sich Terminabweichungen stärker aus, so dass der Sicherheitsbestand erhöht werden muss. Der erste Effekt kann ggf. durch eine Reduzierung der Wiederbeschaffungszeit kompensiert werden. Wiederbeschaffungszeit: Gelingt es dem Unternehmen, die Wiederbeschaffungszeit dauerhaft zu verkürzen, kann es den Bestellbestand aus zwei Gründen senken: Zum einen nimmt der mittlere Bedarf während der Wiederbeschaffungs-

170

8 Bestellbestandsverfahren

zeit ab, zum anderen der maximale Bedarf. Letzteres reduziert den erforderlichen Sicherheitsbestand. Maximale positive Lieferterminabweichung: Gelingt es, die Streuung der Lieferterminabweichung dauerhaft zu reduzieren, kann der Sicherheitsbestand gesenkt werden. Andernfalls würde das Unternehmen das Potenzial nicht nutzen, das durch die Verbesserung geschaffen wird. Verschlechtert sich die Streuung der Lieferterminabweichung dauerhaft, kann ein erhöhter Sicherheitsbestand die Liefertreue gegenüber den Kunden gewährleisten. Risiken der Anpassung

Jede Änderung des Bestellbestandes ist grundsätzlich mit einem Risiko verbunden: Sie entkoppelt die Bestellungen temporär vom Verlauf des Kundenbedarfs. Werden die Bestellbestände erhöht, werden mehr Aufträge generiert als zur Bedienung des Kundenbedarfs erforderlich wäre. Bei reduzierten Bestellbeständen sinken die Bestellungen unter den Kundenbedarf. Interpretiert der Lieferant den geänderten Bestelleingang als Folge eines geänderten Kundenbedarfs, schätzt er den Nachfrageverlauf falsch ein und trifft daher ggf. auch falsche Entscheidungen. Da der Bestellbestand tendenziell bei erhöhter Nachfrage erhöht und bei sinkender Nachfrage reduziert wird, verstärkt die Anpassung der Sicherheitsbestände Nachfrageschwankungen (vgl. dazu die Diskussion des Bullwhip-Effekts in Abschn. 6.2). Steigende Bestellbestände sind insbesondere problematisch, wenn die Fertigung an der Kapazitätsgrenze arbeitet. In diesem Fall kann sie eine zusätzliche Belastung nicht bewältigen. Die Erhöhung der Bestellbestände wirkt dann kontraproduktiv. Bestellbestände sollten daher grundsätzlich nur erhöht werden, wenn die Kapazität der Fertigung auch für die resultierende zusätzliche Belastung ausreicht. Änderungen des Bestellbestandes verursachen besonders ausgeprägte Belastungsspitzen, wenn sie in längeren Abständen für alle Produkte gleichzeitig durchgeführt werden. Zum Umstellungszeitpunkt generiert das Bestellbestandsverfahren dann für alle Produkte Nachfertigungsaufträge, deren aktualisierter Bestellbestand den Lagerbestand überschreitet. Die Fertigung kann die daraus resultierende Zusatzbelastung nur bewältigen, wenn sie die Kapazitäten sehr schnell erhöhen kann. Es ist daher ratsam, den Bestellbestand der Produkte entweder zeitlich versetzt oder so häufig anzupassen, dass sich die Bestellbestände nur graduell verändern.

8.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Das Bestellbestandsverfahren wird häufig in der unternehmensübergreifenden Fertigungssteuerung angewendet. Der Abnehmer führt dann ein Wareneingangslager mit dem Bestellbestandsverfahren. Er löst eine Bestellung aus, wenn der Bestand den Bestellbestand erreicht oder unterschreitet. Dieser Auftrag wird an den Lieferanten übermittelt, der den Auftrag entweder nachfertigt oder ab Lager bedient.

8.4 Unternehmensübergreifender Einsatz

171

Das Bestellbestandsverfahren führt in der unternehmensübergreifenden Fertigungssteuerung prinzipiell zu den gleichen Problemen wie beim unternehmensinternen Einsatz. Insbesondere generiert es Nachfertigungsaufträge, ohne die Kapazitätsbelastung der Lieferanten zu berücksichtigen. Die Unterschiede resultieren vor allem aus dem häufig erschwerten unternehmensübergreifenden Informationsaustausch und – besonders in Käufermärkten – aus der ausgeprägteren KundenLieferanten-Beziehung: 1. schwieriger Informationsaustauch: Die Unternehmensgrenzen hindern den Informationsaustausch zwischen Fertigung und Lagerdisposition. Es ist daher auch schwieriger, Problemursachen zu erkennen, die aus der mangelnden Abstimmung von Fertigung und Lagerdisposition resultieren. Innerhalb eines Unternehmens kann die Fertigung protestieren, wenn die Lagerdisposition die Sicherheitsbestände erhöht und dadurch zahlreiche Nachfertigungsaufträge generiert, die zu einer Belastungsspitze in der Fertigung führen. Zwischen zwei Unternehmen besteht dagegen die Gefahr, den plötzlich erhöhten Bestelleingang als Vertriebserfolg und positive Marktentwicklung zu missdeuten und ggf. sogar in einen Ausbau der Kapazitäten zu investieren. 2. höhere Priorität der Nachfertigungsaufträge: Der Lieferant nimmt die Nachfertigungsaufträge als Kundenaufträge wahr. Entsprechend genießen sie häufig eine höhere Priorität als unternehmensinterne Nachfertigungsaufträge. Dies kann sich positiv auf die Liefertermineinhaltung der Nachfertigungsaufträge auswirken. 3. eingeschränkte Reaktionsmöglichkeit auf Bedarfe während der Wiederbeschaffungszeit: Unternehmensintern kann die Fertigung Nachfertigungsaufträge beschleunigen (bzw. verzögern), wenn der Bedarf während der Wiederbeschaffungszeit höher (bzw. niedriger) ist als geplant. Dadurch kann die Fertigung den erforderlichen Sicherheitsbestand reduzieren. Dies ist beim unternehmensübergreifenden Einsatz des Bestellbestands häufig nicht möglich. Dem Lieferanten fehlen zum einen Informationen über den Bedarfsverlauf des Kunden. Zum anderen sind meist feste Lieferzeiten für die Aufträge vereinbart. 4. fehlende Abstimmung der Bestelllosgröße mit der Fertigung: Legt der Abnehmer die Bestelllosgröße fest, wird er in aller Regel keine Rücksicht auf die Fertigung des Lieferanten nehmen. 5. frühe Zuordnung des Bestands zu bestimmten Abnehmern: Nehmen mehrere Abnehmer das gleiche Erzeugnis ab, ist es häufig sinnvoller, die Lager bei den Abnehmern sehr klein zu halten und stattdessen ein zentrales Lager unter Führung des Lieferanten einzurichten. Hält jeder Abnehmer ein eigenes Lager vor, ist der Lagerbestand immer einem bestimmten Abnehmer zugeordnet, so dass sich die Abnehmer bei Lieferengpässen nicht gegenseitig aushelfen können. 6. höhere Bedeutung des Transports: Der Transport ist bei unternehmensübergreifenden Lieferbeziehungen bedeutsamer als innerbetrieblich. Einerseits muss die Transportzeit bei der Berechnung der Wiederbeschaffungszeit berücksichtigt werden. Andererseits können Unternehmen die Aufträge so generieren, dass mehrere Aufträge gemeinsam geliefert werden können. Dies ist besonders effizient, wenn ein Abnehmer mehrere Produkte bei einem Lieferanten bestellt. Dem Vorteil niedrigerer Transportkosten steht bei einem solchen Vorgehen der

172

8 Bestellbestandsverfahren

Nachteil eines stärker streuenden Bedarfsverlaufs gegenüber. Vollmann, Whybark und Berry geben einen Überblick über Erweiterungen des Bestellbestandsverfahrens, die auf eine transportgerechte Generierung von Nachfertigungsaufträgen zielen [Voll-91]. Ein bekanntes Verfahren, das sich dazu eignet, die Transporte zu koordinieren, ist das beschriebene Bestellrhythmusverfahren. Insgesamt ist der unternehmensübergreifende Einsatz des Bestellbestandsverfahrens folglich mit erhöhten Risiken verbunden. Diese können jedoch über eine enge Kooperation des Abnehmers mit dem Lieferanten und durch den intensiven Austausch von Informationen begrenzt werden.

8.5 Anwendung Die herausragende Eigenschaft des Bestellbestandsverfahrens ist ihre Einfachheit. Das Verfahren verwendet ausschließlich Bestandsinformationen, um Aufträge zu erzeugen. Entsprechend bietet sich ein Einsatz vor allem dort an, wo die Nachfrage nicht oder nur mit großem Aufwand geplant werden kann. In der Praxis ist dies häufig der Fall, wenn eine große Variantenvielfalt für sehr viele Kunden auf Lager gefertigt wird. Die mittlere Bedarfsrate pro Variante ist meist relativ niedrig, die Streuung der Bedarfsrate dagegen hoch. Der Produktwert ist in den meisten Anwendungen eher gering. Unter derartigen Voraussetzungen übertreffen die Kosten für eine bessere Bedarfsplanung häufig den zu erwartenden Nutzen. Es gibt zahllose Anwendungen des Bestellbestandsverfahrens in der Praxis. Der folgende Abschnitt beschreibt das Beispiel eines Maschinenbauunternehmens, das in einem positiven konjunkturellen Umfeld Schwierigkeiten hatte, hohe Servicegrade zu erzielen (Abschn. 8.5.1). Der zweite Abschnitt erläutert, wie das Bestellbestandsverfahren ohne PPS-Software realisiert werden kann (Abschn. 8.5.2). 8.5.1 Fallbeispiel: Anwendung des Bestellbestandsverfahrens bei einem Maschinenbauunternehmen

Das Maschinenbauunternehmen ist ein Mischfertiger. Es stellt einen Teil der Erzeugnisse kundenauftragsspezifisch her, fertigt den bezüglich des Absatzes überwiegenden Anteil der Erzeugnisse jedoch auf Lager. Das Unternehmen steuert diese Varianten mit dem Bestellbestandsverfahren. Das Marktumfeld ist positiv, das Unternehmen erfährt einen hohen Auftragseingang. Kunden und Management des Unternehmens beklagen jedoch den unzureichenden Servicegrad für viele Erzeugnisse. Zudem sind die Bestände des Unternehmens sehr hoch und binden entsprechend viel Kapital. Eine Analyse deckte die folgenden Ursachen für die mangelhafte logistische Zielerreichung auf: Hoher Fertigungsrückstand durch unzureichende Kapazitäten: Die Nachfrage nach den Erzeugnissen übersteigt die verfügbaren Kapazitäten. Als Folge baut sich in der Fertigung ein hoher Rückstand auf. Die Aufträge gehen dem Lager mit

8.5 Anwendung

173

erheblicher Verspätung zu. Trotz des hohen Rückstandes sieht sich das Unternehmen gezwungen, weiterhin kundenspezifische Aufträge anzunehmen. Stark streuende Durchlaufzeiten: Die Durchlaufzeiten der Aufträge streuen stark. Die Aufträge gehen dem Lager dadurch mit sehr unterschiedlichen Lieferterminabweichungen zu. Gründe hierfür sind zum einen die schwankenden Bestände in der Fertigung. Zum anderen verändern die Mitarbeiter der Fertigung die Bearbeitungsreihenfolge der Aufträge. Ungeeignete Methode zur Festlegung der Sicherheitsbestände: Das Unternehmen legt die Sicherheitsbestände für die Aufträge als Vielfaches eines Monatsbedarfs fest. Es berücksichtigt dabei weder unterschiedliche Streuungen der Bedarfsraten noch unterschiedliche Lieferterminabweichungen und Wiederbeschaffungszeiten der Aufträge. Weil alle drei Einflussgrößen von Erzeugnis zu Erzeugnis zum Teil sehr stark abweichen, sind die berechneten Sicherheitsbestände nicht geeignet, eine durchgängig hohe logistische Zielerreichung zu gewährleisten. Für einen Großteil der Artikel sind die Sicherheitsbestände übertrieben hoch dimensioniert. Dies gilt vor allem für Artikel mit hohem, aber gleichmäßigem Bedarf. Für einen anderen Teil der Artikel reichen die Sicherheitsbestände nicht aus, um einen hohen Servicegrad gewährleisten zu können. Zusammen erklärt dies das häufig zu beobachtende Phänomen, dass Unternehmen trotz hoher Bestände nur einen unzureichenden Servicegrad erreichen. Dynamische Anpassung der Sicherheitsbestände: Das Unternehmen berechnet den durchschnittlichen Monatsbedarf der Artikel mit dem Verfahren der exponentiellen Glättung. Durch die steigende Nachfrage erhöht das Unternehmen dadurch automatisch Bestell- und Sicherheitsbestände, so dass zusätzliche Nachfertigungsaufträge generiert werden. Da die Fertigung bereits an der Kapazitätsgrenze arbeitet, erhöhen diese nur Rückstand und Bestand der Fertigung. Die Erhöhung der Sicherheitsbestände wirkt damit kontraproduktiv. Losgrößendimensionierung: Das Unternehmen legt die Losgrößen in Abhängigkeit vom Monatsbedarf fest. Es berücksichtigt damit weder unterschiedliche Rüst- und Herstellungskosten der Fertigungsaufträge, noch beachtet es die resultierende Streuung der Auftragszeiten. Bestimmung der Plan-Durchlaufzeiten: Die Plan-Durchlaufzeiten der Aufträge sind auf sehr hohe Werte festgelegt. Dies führt – zusätzlich zum Fertigungsrückstand – zu langen Wiederbeschaffungszeiten. Fehlende Rückstandsregelung: Das Unternehmen verfügt einerseits nicht über den erforderlichen kapazitiven Spielraum, um den Rückstand abbauen zu können. Andererseits fehlt jedoch auch eine formale Festlegung, wie bei einem Fertigungsrückstand zu reagieren ist. Hohe Bedarfsratenschwankung: Für bestimmte Artikel erhöht das Marketing des Unternehmens die Nachfrageschwankungen durch Verkaufsaktionen. Es bietet den Kunden für diese Artikel Preisnachlässe an. Derartige Aktionen sind vor dem Hintergrund einer ohnehin überlasteten Fertigung besonders kritisch zu beurteilen. Aus der Ursachenanalyse lassen sich geeignete Maßnahmen ableiten, um die logistische Zielerreichung des Unternehmens zu erhöhen. Sehr wichtig ist es, die Kapazität bzw. die Kapazitätsflexibilität der Fertigung auszuweiten, um die erhöhte Kundennachfrage bedienen und den Fertigungsrückstand abbauen zu können.

174

8 Bestellbestandsverfahren

Die Kapazitätserhöhung ist jedoch mit Augenmaß durchzuführen, damit das Unternehmen auch bei nachlassender Konjunktur noch profitabel arbeiten kann. Des Weiteren ist die Methodik zur Bestimmung der Sicherheitsbestände zu verbessern. Insbesondere sollte die Methodik unterschiedliche Bedarfsratenschwankungen, Wiederbeschaffungszeiten und Lieferterminabweichungen der Aufträge berücksichtigen (vgl. dazu Abschn. 8.3.1). Die Sicherheitsbestände sollten zudem nicht erhöht werden, solange die Fertigung den Rückstand nicht abgebaut hat. Die Losgrößenberechnung sollte die losgrößenabhängigen Kosten der unterschiedlichen Varianten berücksichtigen und möglichst auch zu einer Harmonisierung der Auftragszeiten beitragen. Dazu könnte das Unternehmen z. B. die Durchlauforientierte Losgrößenbestimmung (Abschn. 8.3.4) einsetzen. Eine Bestandsregelung würde dem Unternehmen helfen, die Fertigung nicht mit Aufträgen und Beständen zu überfrachten. Dies wirkt häufig positiv auf die Reihenfolgedisziplin, die im Übrigen auch unabhängig von der Bestandsregelung stärker von den Mitarbeitern einzufordern ist. Gerade wenn die Lieferbereitschaft unbefriedigend und die Fertigung im Rückstand ist, ist es wichtig, die kritischen Aufträge termingerecht fertig zu stellen. Schließlich sollten die Plan-Durchlaufzeiten in einer logistischen Positionierung reduziert werden (vgl. dazu ausführlich Abschn. 3.2.2.3). Dies hätte zwei Auswirkungen. Zum einen würde es die Plan-Wiederbeschaffungszeit und damit die Bestellbestände senken (vgl. Gl. 8.5). Dadurch würden für eine Übergangszeit weniger Nachfertigungsaufträge generiert und die Belastung der Fertigung würde eine Zeit lang sinken. Als Folge reduzierten sich auch die tatsächlichen Wiederbeschaffungszeiten. Zum anderen würde eine Verkürzung der Plan-Durchlaufzeiten die Plan-Fertigstellungstermine der Arbeitsvorgänge der schon erzeugten Aufträge in der Fertigung aufschieben (Ausnahme: letzter Arbeitsvorgang). Dadurch verringert sich der Plan-Abgang und damit auch der Rückstand. Insbesondere, wenn die Engpassarbeitssysteme im vorderen Teil des Materialflusses liegen, bietet die Reduzierung überhöhter Plan-Durchlaufzeiten ein (einmalig nutzbares) Potenzial, um Rückstände durch eine Verschiebung von Plan-Terminen zu reduzieren. 8.5.2 EDV-unabhängige Umsetzung des Bestellbestandsverfahrens

Im Regelfall wird das Bestellbestandsverfahren mit PPS-Software implementiert. Gerade wenn nur recht wenige Varianten gesteuert werden, kann es aber sehr gut visuell oder mit Hilfe von Karten realisiert werden (Bild 8.8). Beides erhöht die Transparenz für die Fertigungsmitarbeiter. Bild 8.8 a) zeigt die visuelle Umsetzung des Bestellbestandsverfahrens. Für jede Variante wird der Bestellbestand im Lagerbereich der Variante gekennzeichnet. Ist der Bestellbestand erreicht oder unterschritten, fertigt der zugehörige Fertigungsmitarbeiter ein Los der Variante nach. Dies ist im Beispiel für die Varianten 1 und 3 der Fall.

8.5 Anwendung

175

IFA 10.664

Bild 8.8

Umsetzungsmöglichkeiten des Bestellbestandsverfahrens

Bild 8.8 b) stellt die Umsetzung des Bestellbestandsverfahrens mit Karten dar. Eine Karte markiert in einem Vorratsstapel die Position des Bestellbestands. Erreicht der Lagerbestand den Bestellbestand, wird die Karte zum erzeugenden Fertigungsbereich transportiert. Sie löst dort die Nachfertigung der Variante aus [Mond-98]. Die Karte enthält Informationen wie Losgröße, Artikelbezeichnung und erzeugenden Bereich. In dieser Form ähnelt das Bestellbestandsverfahren der Kanban-Steuerung. Diese kann auch als Sonderform des Bestellbestandsverfahrens interpretiert werden. Sie wird im nächsten Kapitel ausführlich erläutert.

9 Kanban

Die Kanban-Steuerung (japan. Kanban = Karte) ist ein wichtiger Bestandteil des Toyota-Produktionssystems [Ohno-88]. Sie delegiert die Bestandsverantwortung an die Mitarbeiter der Produktion und etabliert für jede Variante Regelkreise zwischen den Arbeitssystemen einer Produktion sowie zwischen Lieferant und Abnehmer. Weil die Kanban-Steuerung so bekannt und erfolgreich ist, versprechen sich Unternehmens- und Produktionsleiter häufig sehr viel von ihrer Einführung. Ohne eine tiefgreifende Restrukturierung der Fertigung und zum Teil auch der Produkte kann die Kanban-Steuerung jedoch in vielen Fällen die gewünschten Resultate nicht erreichen. Es sind vor allem die Randbedingungen der Fertigung, die das Toyota-Produktionssystem so effizient machen. Wesentliche Elemente sind sehr kurze Rüstzeiten, die Organisation des Teileflusses als One-piece-flow, beherrschte Prozesse und eine sorgfältig durchgeführte Produktionsplanung. Es gibt eine kaum überschaubare Vielfalt an Veröffentlichungen über die Kanban-Steuerung, die vielfältige Verfahrensvarianten beschreiben [Sugi-77, Kimu81, Kim-85, Uzso-90, Golh-91, Masc-91, Mora-91, Berk-92]. Im deutschsprachigen Raum hat insbesondere Wildemann Pionierarbeit für das Verfahren geleistet [Wild-84]. Im Folgenden werden das Grundverfahren und einige der Varianten beschrieben (Abschn. 9.1). Die Kanban-Steuerung kann als Spezialfall des Bestellbestandsverfahrens verstanden werden. Abschnitt 9.2 ist dementsprechend einem Verfahrensvergleich gewidmet. Die Verfahrensregeln werden dann unter produktionslogistischen Aspekten diskutiert und bewertet (Abschn. 9.3). Der vierte Abschnitt führt in das für die Kanban-Steuerung typische Holprinzip ein, das eine vorzeitige organisatorische Variantenentstehung vermeidet. Anschließend wird beschrieben, wie die Verfahrensparameter aus der logistischen Zielsetzung abgeleitet werden können (Abschn. 9.5). Die unternehmensübergreifende Anwendung von Kanban-Regelkreisen ist Gegenstand von Abschnitt 9.6. Abschnitt 9.7 berichtet über die Anwendung der Kanban-Steuerung.

9.1 Verfahrensbeschreibung Vorbemerkung: In der Regel wird ein Arbeitssystem als eine Maschine oder als eine Gruppe parallel angeordneter Maschinen verstanden, die gleichartige Fertigungsprozesse ausführen. In der Kanban-Steuerung ist dagegen die Organisation des Teileflusses im One-piece-flow üblich. Daher soll der Begriff des Arbeitssys-

178

9 Kanban

tems für die Beschreibung der Kanban-Steuerung auch Fertigungsinseln oder Produktionslinien umfassen. Grundidee der Kanban-Steuerung ist, dass jedes Arbeitssystem nur das nachfertigt, was das nachfolgende Arbeitssystem verbraucht hat (vgl. Bild 9.1 zu einer Prinzipdarstellung des Verfahrens). So soll eine Überproduktion – nach T. Ohno, dem Begründer des Toyota-Produktionssystems, eine von sieben Arten der Verschwendung [Ohno-88] – vermieden und dennoch eine hohe Lieferbereitschaft erreicht werden. Der Informationsfluss wird über Kanbans geregelt. Jedem Los ist zu jedem Zeitpunkt ein Kanban zugeordnet, so dass die Anzahl der Kanbans den Materialbestand begrenzt.

IFA 11.240

Bild 9.1

Prinzip der Kanban-Steuerung

Im Folgenden wird zunächst ein Kanban-System mit einer Kartenart (Produktionskanbans) beschrieben (Abschn. 9.1.1). Es wird dann zu einem Zwei-KartenKanban mit Transportkanbans (Abschn. 9.1.2) erweitert. Des Weiteren werden der Sicht-Kanban (Abschn. 9.1.3), der Behälterkanban (Abschn. 9.1.4) und die Minimal Blocking-Steuerung (Abschn. 9.1.5) erläutert. 9.1.1 Ein-Karten-Kanban Jeder Variante ist an jedem Arbeitssystem eine definierte Anzahl von (Produktions-) Kanbans zugeordnet (Bild 9.2). Der Kanban pendelt zwischen dem Arbeitssystem und dem Ausgangslager des Arbeitssystems. Am Arbeitssystem autorisiert er die Nachfertigung der betreffenden Variante. Im Lager identifiziert er die Variante. Ein Kanban enthält mindestens die folgenden Informationen: • • • •

zugehöriges Arbeitssystem (erzeugender Bereich) zugehörige Variante (Ident-Nr) Losgröße und / oder Behälterinhalt laufende Nummer des Kanbans

Die laufende Nummer ermöglicht es, die Anzahl der im Umlauf befindlichen Kanbans zu steuern. Zum Teil wird zusätzlich die Gesamtanzahl der Kanbans angegeben. Dies hat den Vorteil einer höheren Transparenz, ist aber mit dem Nach-

9.1 Verfahrensbeschreibung

179

teil eines Änderungsaufwands verbunden, wenn das Unternehmen die Anzahl der Kanbans verändert.

IFA G1880Ld

Bild 9.2

Aufbau eines Produktionskanbans (Wiendahl)

Im Beispiel von Bild 9.2 werden die Basisinformationen noch um Zusatzinformationen ergänzt wie die Lieferzeit und den verbrauchenden Bereich. Letzteres ist nur möglich, wenn es nur einen verbrauchenden Bereich für ein Teil gibt. Um die elektronische Bestandsführung zu vereinfachen, enthält der Kanban zudem einen Barcode, der die Teilenummer in Balkenform darstellt. Die folgenden Verfahrensregeln beschreiben die Fertigungssteuerung mit dem Kanban-System: 1. Der Mitarbeiter eines Arbeitssystems darf ein Los nur bearbeiten, wenn ein Kanban für die entsprechende Variante vorhanden ist und dadurch die Nachfertigung autorisiert. 2. Sind Kanbans mehrerer Varianten vorhanden, wählt der Mitarbeiter die Variante mit der höchsten Priorität aus. Das Grundverfahren vergibt die Prioritäten nach der Reihenfolge des Zugangs der Kanbans. Es können jedoch auch andere Reihenfolgeregeln mit der Kanban-Steuerung angewendet werden. 3. Der Mitarbeiter überprüft, ob das entsprechende Material im Eingangslager verfügbar ist. Dies sollte in aller Regel der Fall sein. Der Mitarbeiter entnimmt dann das Material und den zugeordneten Kanban. Den Kanban führt er dem Vorgängerarbeitssystem zu. Dort autorisiert er die Nachfertigung des Ausgangsmaterials. Ist das Material nicht vorhanden (z. B. weil das Vorgängerarbeitssystem von einer längeren Störung betroffen ist), wählt er die nächste Variante aus. Ist für keine der Varianten Material vorhanden, für die ein Kanban die Nachfrage eines nachfolgenden Arbeitssystems signalisiert, kann das Arbeitssystem nicht arbeiten. Es ist blockiert, bis entweder ein Kanban einer Variante eintrifft, für die Material verfügbar ist, oder bis Material geliefert wird, für das ein Kanban vorhanden ist. 4. Ist für eine Variante sowohl das Material als auch ein Kanban verfügbar, beginnt der Mitarbeiter mit der Fertigung der Variante. Nach der Bearbeitung

180

9 Kanban

führt der Mitarbeiter den Kanban und den zugehörigen Transportbehälter mit dem Material dem Ausgangslager zu. Er überprüft dann, ob er eine weitere Variante bearbeiten kann (Wiederholung der Schritte 1 bis 4). Die Verfahrensregeln werden nachfolgend anhand eines Beispiels mit zwei Arbeitssystemen und drei Varianten erläutert (Bild 9.3). Der Einfachheit halber sei angenommen, dass Produktionslos und Transportlos übereinstimmen.

IFA 10.865A

Bild 9.3

Funktionsweise der Kanban-Steuerung (1)

9.1 Verfahrensbeschreibung

181

10.865B

Bild 9.3

Funktionsweise der Kanban-Steuerung (2)

Im Ausgangszustand ist das Fertigwarenlager für die Variante A gefüllt, für die Varianten B und C sind dagegen Lagerplätze frei. Die entsprechenden Kanbans befinden sich an Arbeitssystem 2 und autorisieren dort die Nachfertigung der Varianten. Das Arbeitssystem hat gerade einen Auftrag abgeschlossen und sucht nach einem Nachfolgeauftrag (Bild 9.3 a). Der Nachfertigungsauftrag für Variante B traf als erstes am Arbeitssystem ein und hat daher die höchste Priorität. Das Material für Variante B ist vorrätig. Der Mitarbeiter entnimmt es aus dem Lager (Schritt 1 in Bild 9.3 b) und leitet den zu-

182

9 Kanban

gehörigen Kanban zum Vorgängerarbeitssystem zurück (Schritt 2). Der Mitarbeiter nimmt dann den Kanban aus der Kanban-Tafel und befestigt ihn am Transportbehälter (Schritt 3). Schließlich beginnt Arbeitssystem 2 mit der Bearbeitung des Auftrags. Einige Zeit später ruft ein Kunde Variante B ab (Schritt 1 in Bild 9.3 c). Der entsprechende Kanban läuft zu Arbeitssystem 2 zurück und autorisiert dort die Nachfertigung der Variante (Schritt 2). Als nächstes schließt Arbeitssystem 1 die Bearbeitung der Variante A ab und führt das Los dem Lager zu (Schritt 1 in Bild 9.3 d). Danach wählt es den nächsten Auftrag aus (Bild 9.3 e). Variante B hat die höchste Priorität. Der Mitarbeiter entnimmt das Material aus dem Eingangslager (Schritt 1) und schickt den zugehörigen Kanban an das Vorgängerarbeitssystem zurück (Schritt 2). Er befestigt dann den Kanban von Arbeitssystem 1 am Transportbehälter (Schritt 3) und beginnt mit der Bearbeitung des Auftrags. Nachdem Arbeitssystem 2 die Bearbeitung der Variante B abschließt, führt der Mitarbeiter das Material dem Fertigwarenlager zu und stellt so die Lieferbereitschaft für die Varianten wieder her (Schritt 1 in Bild 9.3 f). Variante B hat immer noch die höchste Priorität. Das Ausgangsmaterial sei jedoch infolge einer Störung nicht verfügbar (Schritt 1 in Bild 9.3 g). Der Mitarbeiter fertigt stattdessen Variante C nach. Er entnimmt dazu wiederum das Material aus dem Lager und schickt den zugehörigen Kanban an das Vorgängerarbeitssystem zurück. Er führt den Kanban des Arbeitssystems dem Behälter zu und beginnt mit der Bearbeitung (Schritte 2 bis 4). 9.1.2 Zwei-Karten-Kanban Bei einem Zwei-Karten-Kanban existieren für eine Variante in der Regel sowohl beim Erzeuger als auch beim Verbraucher Bestandspuffer. Dies ist insbesondere bei größeren Entfernungen zwischen Erzeuger und Verbraucher erforderlich. Für die Regelung eines derartigen Systems werden zwei Arten von Kanbans benötigt: Der Transport-Kanban löst den Transport des Materials aus dem Ausgangslager des Erzeugers in das Eingangslager des Verbrauchers aus. Der Produktionskanban autorisiert die Nachfertigung der Variante. Er entspricht damit dem Kanban des Ein-Karten-Kanban-Systems. Der Transport-Kanban enthält mindestens die folgenden Informationen: • • •

Lagerort nachfragender Bereich Variantenbezeichnung

Die Funktionsweise des Zwei-Karten-Kanbans sei an einem einfachen Beispiel mit nur einer Variante erläutert (Bild 9.4). In der Ausgangssituation seien alle Läger gefüllt (Bild 9.4 a). Zu einem bestimmten Zeitpunkt rufe ein Kunde Erzeugnisse aus dem Fertigwarenlager ab (Bild 9.4 b).

9.1 Verfahrensbeschreibung

183

IFA 10.931

Bild 9.4

Funktionsweise des Zwei-Karten-Kanbans

Der Kanban-Behälter wird aus dem Fertigwarenlager entnommen (Schritt 1), und der Produktionskanban geht zu Arbeitssystem 2 zurück und autorisiert dort die Nachfertigung eines weiteren Loses (Schritt 2). Der Mitarbeiter am Arbeitssystem entnimmt das Material dem Eingangslager (Schritt 3). Der zugeordnete Transport-Kanban läuft zurück zum Ausgangslager des Vorgängerarbeitssystems und autorisiert dort den Transport eines Loses in das Eingangslager von Arbeitssystem 2 (Schritte 4 und 5). Der im Ausgangslager von Arbeitssystem 1 frei gewordene Produktionskanban autorisiert die Nachfertigung eines Loses an Arbeitssystem 1 (Schritt 6). Der zugehörige Mitarbeiter entnimmt das Material dem Rohmateriallager (Schritt 7). Der dort frei gewordene Transport-Kanban geht zum (nicht abgebildeten) Lieferanten zurück (Schritt 8) und löst dort den Transport eines Loses in das Rohmateriallager aus. 9.1.3 Sicht-Kanban Der Sicht-Kanban funktioniert wie der in Abschnitt 9.1.1 beschriebene EinKarten-Kanban mit Produktionskanbans. Es wird jedoch auf Karten als Informationsmittel verzichtet. Die Arbeitssysteme und die Läger befinden sich in unmittelbarer Nähe zueinander. Die Mitarbeiter sehen daher, wie viele Lose bzw. Behälter

184

9 Kanban

im Vergleich zum Maximalbestand fehlen. Dazu werden die Lagerplätze der Varianten häufig markiert. Beim Sicht-Kanban fertigt ein Arbeitssystem eine Variante nach, falls 1. der Maximalbestand unterschritten wird und 2. Material verfügbar ist. Trifft dies auf mehrere Varianten zu, wählt das Arbeitssystem die Variante mit der höchsten Priorität aus. Dies ist in der Regel die Variante mit dem niedrigsten Lagerbestand oder der niedrigsten Bestandsreichweite. Es können jedoch auch andere Reihenfolgeregeln zum Einsatz kommen. Im Beispiel von Bild 9.5 könnte Arbeitssystem 2 die Varianten B und C fertigen, aber nicht Variante A, für die der Maximalbestand bereits erreicht ist. Bei Anwendung der beschriebenen Reihenfolgeregel (niedrigster Lagerbestand) fertigt Arbeitssystem 2 Variante B nach. Arbeitssystem 1 könnte ausschließlich Variante A fertigen. Für Variante C ist der Maximalbestand bereits erreicht, für Variante B kein Material verfügbar.

IFA 10.866

Bild 9.5

Funktionsweise des Sicht-Kanbans

Ein Sicht-Kanban ist bei erfüllten Einsatzvoraussetzungen sehr einfach zu realisieren und fördert eine hohe Transparenz. 9.1.4 Behälter-Kanban Bei einem Behälter-Kanban dienen die Transportbehälter zugleich als Informationsträger. Sie sind einer Variante fest zugeordnet und pendeln zwischen dem erzeugenden und dem verbrauchenden Arbeitssystem. Entsprechend begrenzt die Anzahl der Transportbehälter den Bestand der Varianten. Ein leerer Transportbehälter autorisiert die Nachfertigung der entsprechenden Variante am erzeugenden Arbeitssystem. Die Funktionsweise des Behälter-Kanbans sei an einem Beispiel erläutert, in dem zwei Varianten A und B aus dem gleichen Rohmaterial gefertigt werden (Bild 9.6).

9.1 Verfahrensbeschreibung

185

IFA 10.867

Bild 9.6

Funktionsweise des Behälter-Kanbans

In der Ausgangssituation befinden sich alle Behälter im Eingangslager des verbrauchenden Arbeitssystems (Bild 9.6 a). Fragt der Kunde eine Variante nach, wird der Behälterinhalt an den Kunden geschickt (Schritt 1 in Bild 9.6 b). Der leere Transportbehälter geht zu Arbeitssystem 2 zurück und autorisiert dort die Nachfertigung der Variante (Schritt 2). Der Mitarbeiter am Arbeitssystem beginnt mit der Bearbeitung des Auftrags. Er entnimmt dazu das Ausgangsmaterial Stück für

186

9 Kanban

Stück dem Transportbehälter im Eingangslager, bearbeitet es und füllt es dann in den Behälter im Ausgang des Arbeitssystems (Schritte 1 und 2 in Bild 9.6 c). Erst nach der Bearbeitung leitet der Mitarbeiter den leeren Transportbehälter zurück an Arbeitssystem 1, wo es die Nachfertigung des Ausgangsmaterials autorisiert (Schritt 1 in Bild 9.6 d). Das fertig gestellte Los geht dem Fertigwarenlager zu (Schritt 2). Arbeitssystem 1 beginnt mit der Nachfertigung der Variante (Schritte 1 und 2 in Bild 9.6 e). Der Behälter-Kanban unterscheidet sich in der beschriebenen Form von den übrigen Varianten der Kanban-Steuerung in zwei wesentlichen Aspekten. Zum einen wird das Material beim verbrauchenden Arbeitssystem gelagert (Bringprinzip). Zum anderen verzögert sich die Nachfertigung des Ausgangsmaterials um die Bearbeitungszeit der Variante am verbrauchenden Arbeitssystem. Beides kann die Effizienz des Verfahrens mindern (vgl. dazu Abschn. 9.4). 9.1.5 Minimal Blocking Minimal Blocking ist eine Variante der Kanban-Steuerung, die insbesondere von So und Pinault [So-88, So-90], von Mitra und Mitrani [Mitr-90] sowie von Bonvik, Couch und Gershwin untersucht wurde [Bonv-97]. Die ersten beiden Autorengruppen zeigen, dass Minimal Blocking bei einem vergleichbaren Bestand eine höhere Leistung erzielt als die konventionelle Kanban-Steuerung. Die letztgenannte Autorengruppe kommt dagegen zu keinem eindeutigen Urteil. Alle Autoren untersuchen eine Fertigungslinie mit nur einem Produkt. Um den Anwendungsbereich des Verfahrens auszuweiten, wird im Folgenden jedoch eine Fertigung mit mehreren Varianten betrachtet. Im Unterschied zum Ein-Karten-Kanban ordnet Minimal Blocking jedem Arbeitssystem – wenn nicht physisch, so doch in der Verfahrenslogik – ein Eingangs- und ein Ausgangslager zu (Bild 9.7).

IFA 10.891

Bild 9.7

Prinzip der Minimal Blocking-Steuerung

9.1 Verfahrensbeschreibung

187

Die Anzahl der Kanbans begrenzt die Anzahl der Aufträge einer Variante im Eingangslager, in Bearbeitung und im Ausgangslager des Arbeitssystems. Minimal Blocking kann durch die folgenden Regeln beschrieben werden: 1. Der Mitarbeiter eines Arbeitssystems darf alle Aufträge im Eingangslager des Arbeitssystems bearbeiten. 2. Sind Aufträge mehrerer Varianten vorhanden, wählt der Mitarbeiter die Variante mit der höchsten Priorität aus. Dies kann z. B. die Variante mit der niedrigsten Bestandsreichweite im Ausgangslager und im Eingangslager des nachfolgenden Arbeitssystems sein.1 3. Jedem Auftrag einer Variante ist ein varianten- und arbeitssystemspezifischer Kanban zugeordnet. Dieser Kanban verbleibt im Eingangslager, während der Bearbeitung und im Ausgangslager bei einem Auftrag. Entsprechend begrenzt die Anzahl der Kanbans einer Variante an einem Arbeitssystem die Anzahl der Aufträge der Variante. 4. Ist am nachfolgenden Arbeitssystem ein Kanban frei, wird – falls vorhanden – ein Los der gleichen Variante aus dem Ausgangslager des betrachteten Arbeitssystems in das Eingangslager des nachfolgenden Arbeitssystems transportiert. Dadurch wird am betrachteten Arbeitssystem ein Kanban frei. Dem Auftrag wird dafür ein Kanban des nachfolgenden Arbeitssystems zugeordnet. Die Verfahrensregeln werden nachfolgend an einem Beispiel erläutert (Bild 9.8). Betrachtet wird eine Fertigung mit drei Arbeitssystemen und zwei Varianten. Jeder Variante sind an jedem Arbeitssystem drei Kanbans zugeordnet. In der Ausgangssituation (Bild 9.8 a) ist Arbeitssystem 3 blockiert. Für Variante A ist ein Kanban, aber kein Material vorhanden. Von Variante B liegen zwar Lose im Ausgangslager des Vorgängerarbeitssystems. Es fehlt jedoch ein Kanban, der die Fertigung autorisieren würde. Die Arbeitssysteme 1 und 2 bearbeiten einen Auftrag der Variante A. Zunächst fragt ein Kunde ein Los der Variante B nach (Schritt 1 in Bild 9.8 b). Der frei werdende Kanban autorisiert den Transport eines Loses der Variante B vom Ausgangslager von Arbeitssystem 2 in das Eingangslager von Arbeitssystem 3. Da das Arbeitssystem frei und kein anderer Auftrag verfügbar ist, beginnt das Arbeitssystem unmittelbar mit der Bearbeitung des Auftrags. Kanban und Los werden daher direkt zum Arbeitssystem transportiert (Schritte 2, 3). Im Ausgangslager von Arbeitssystem 2 wird ein Kanban frei (Schritt 4). Er löst den Transport eines Loses von Variante B aus dem Ausgangslager von Arbeitssystem 1 in das Eingangslager von Arbeitssystem 2 aus (Schritt 5). Dadurch wird wiederum ein Kanban im Ausgangslager von Arbeitssystem 1 frei (Schritt 6). Er wird einem Los im Rohmateriallager zugeordnet. Der Kanban zeigt dort an, dass das Los von Arbeitssystem 1 bearbeitet werden darf. Das Rohmateriallager ist das einzige Lager, in dem Lose ohne Kanbans vorhanden sein können.

1

Die Reihenfolgebildung wird in der Literatur nicht diskutiert, da stets eine Fertigungslinie mit nur einer Variante vorausgesetzt wird.

188

9 Kanban

IFA 10.791

Bild 9.8

Funktionsweise der Minimal Blocking-Steuerung

Als nächstes schließt Arbeitssystem 2 die Bearbeitung eines Auftrags der Variante A ab (Bild 9.8 c). Da ein Kanban der Variante A an Arbeitssystem 3 frei ist, führt der Mitarbeiter das Los direkt dem Eingangslager von Arbeitssystem 3 zu (Schritt 1), wo ihm der freie Kanban zugeordnet wird (Schritt 2). Der frei werdende Kanban an Arbeitssystem 2 (Schritt 3) löst den Transport eines Loses aus dem Ausgangslager des vorherigen Arbeitssystems 1 in das Eingangslager von Arbeits-

9.1 Verfahrensbeschreibung

189

system 2 aus (Schritt 4). Dadurch wird ein Kanban im Ausgangslager von Arbeitssystem 1 frei, der wiederum einem Los im Rohmateriallager zugeordnet wird (Schritt 5). Arbeitssystem 2 kann nun sowohl einen Auftrag der Variante A als auch einen Auftrag der Variante B fertigen. In diesem Fall habe Variante A die höhere Priorität, weshalb der Mitarbeiter mit der Bearbeitung dieser Variante beginnt (Schritt 6). Schließlich beendet Arbeitssystem 1 die Bearbeitung von Variante A (Bild 9.8 d). Da an Arbeitssystem 2 kein freier Kanban der Variante vorhanden ist, werden Los und Kanban dem Ausgangslager zugeführt (Schritt 1). Arbeitssystem 1 wählt daraufhin wiederum die Variante mit der höheren Priorität aus (in diesem Fall Variante A) und beginnt mit der Bearbeitung (Schritt 2). Im praktischen Einsatz der Minimal Blocking-Steuerung wird man das Ausgangslager des einen und das Eingangslager des nachfolgenden Arbeitssystems nicht physisch trennen. Bei einem gemeinsamen Lager entfällt dann der Transport zwischen den Lagern. Statt dessen werden lediglich die Kanbans bewegt. Der aufwändigere Kanbanfluss der Minimal Blocking-Steuerung erlaubt eine höhere Bestandsschwankung vor den Arbeitssystemen, begrenzt jedoch den Gesamtbestand der Fertigungslinie. Dadurch wird ein Arbeitssystem im Falle einer Störung am nachfolgenden Arbeitssystem später blockiert als bei der konventionellen Kanban-Steuerung. Gleiches gilt, falls das nachfolgende Arbeitssystem bei streuenden Bearbeitungszeiten temporär zum Engpass wird. Der maximale Bestand einer Variante vor einem Arbeitssystem (im Eingangslager sowie im Ausgangslager des vorherigen Arbeitssystems) entspricht der Summe der Kanbans der Variante am betrachteten Arbeitssystem und am Vorgängerarbeitssystem:

BAmax, i = AnzKani -1 + AnzKani mit

BAmax,i AnzKani

(9.1)

maximaler Bestand an Arbeitssystem i [-] Anzahl Kanbans an Arbeitssystem i [-]

Ob mit der Minimal Blocking-Steuerung die logistischen Ziele tatsächlich besser erreicht werden als mit der konventionellen Kanban-Steuerung, hängt von den Eigenschaften der Fertigung ab. Je größer der Einfluss von Störungen ist und je stärker die Auftragszeiten zwischen den Arbeitssystemen streuen, desto eher wird die Minimal Blocking-Steuerung tatsächlich einen Leistungsvorteil erzielen können. Es ist augenfällig, dass die Vertreter der klassischen Just-in-time-Philosophie eben diese Einflussfaktoren zu minimieren versuchen. Praktiker weisen zudem darauf hin, dass die Verfahrensregeln vergleichsweise kompliziert sind und die Umsetzung des Verfahrens erschweren.

190

9 Kanban

9.2 Vergleich der Kanban-Steuerung mit dem Bestellbestandsverfahren Die Kanban-Steuerung kann als Spezialfall des Bestellbestandsverfahrens (Kap. 8) aufgefasst werden. Dazu ist das Bestellbestandsverfahren wie folgt zu parametrisieren: 1. fixe Bestellmenge (Bestellmenge = Behälterinhalt) 2. Bestellbestand = Maximalbestand - 1 (Maximalbestand entspricht einem Vielfachen des Behälterinhalts) Es kann damit kein grundsätzlicher Unterschied zwischen den Verfahren unterstellt oder die Überlegenheit eines der Verfahren postuliert werden. Die bei entsprechender Parameterwahl resultierende Identität der Verfahrensregeln führt vielmehr zu der Erkenntnis, dass nicht die Kanban-Steuerung selbst, sondern die – bei ihrer Implementierung üblichen – vorteilhaften logistischen Rahmenbedingungen zu einer hohen logistischen Zielerreichung führen. Letzteres wird auch durch Simulationsstudien belegt [Rees-89]. Förderliche logistische Rahmenbedingungen sind:

• • • • • •

geringe Variantenvielfalt kleine Losgrößen und niedrige Rüstzeiten Organisation in Fertigungsinseln (One-piece-flow) beherrschte Prozesse geringe Verbrauchsschwankungen ausreichende Kapazitätsreserven

In der Implementierung unterscheiden sich die Kanban-Steuerung und das Bestellbestandsverfahren dagegen zum Teil erheblich. Zwei wesentliche Unterschiede werden nachfolgend erläutert: Delegation der Bestandsverantwortung in die Fertigung: Die KanbanSteuerung delegiert die Bestandsverantwortung an die Mitarbeiter der Fertigung, häufig an den Meister. Dies ermöglicht es, die Angemessenheit des Bestandsniveaus direkt vor Ort zu beurteilen. Dagegen werden beim Bestellbestandsverfahren Bestellpunkt und Sicherheitsbestand in der Praxis meist automatisch von einem EDV-Programm berechnet. Dies erschwert erstens eine schrittweise Bestandssenkung im Rahmen eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses. Zweitens besteht die Gefahr, Schwankungen in der Bedarfsrate durch eine ungeeignete Festlegung des Sicherheitsbestandes zu verstärken. Drittens arbeiten die Mitarbeiter, die die Verfahrensparameter festlegen, meist nicht in der Fertigung. Sie werden daher mit den Auswirkungen ihrer Entscheidungen nicht unmittelbar konfrontiert. Visuelles Produktionsmanagement: Die Vertreter der Kanban-Steuerung betonen die Bedeutung einer hohen Transparenz. Diese Transparenz ist bei Implementierungen des Bestellbestandsverfahrens aufgrund der hohen Variantenvielfalt und aufgrund der zentralen Auftragserzeugung und Parameterfestlegung häufig nicht gegeben. Nicht zuletzt wird das Material bei der Kanban-Steuerung in der Fertigung gelagert, bei vielen Implementierungen des Bestellstandsverfahrens dagegen

9.3 Diskussion der Verfahrensregeln

191

in von der Fertigung räumlich getrennten Lägern. Dadurch ist keine unmittelbare Information der Fertigung über die Bestandssituation möglich.

9.3 Diskussion der Verfahrensregeln Die Diskussion der Verfahrensregeln orientiert sich an den Leitsätzen zur Gestaltung von Fertigungssteuerungssystemen (vgl. Abschn. 3.3.2).

1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Die Kanban-Steuerung begrenzt den Bestand am Arbeitssystem durch die Anzahl der im Umlauf befindlichen Kanbans. Den (verfügbaren) Bestand am Arbeitssystem genau zu regeln, ist dennoch recht schwierig. Zwar gibt es keinen Bestand, dem kein Kanban zugeordnet ist. Der umgekehrte Fall tritt jedoch auf: Die Kanban-Tafel enthält Kanbans, die keinem Bestand zugeordnet sind. Variiert die Anzahl der freien Kanbans, dann variiert auch der Bestand im System. 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Der Bestand an einem Arbeitssystem wird durch die Anzahl der Kanbans bestimmt, die einem Los zugeordnet sind. Sind alle Kanbans einem Los zugeordnet, wird der Maximalbestand erreicht. Befinden sich alle Kanbans in der KanbanTafel, ist der Bestand null (vgl. Bild 9.9).

IFA 11.237

Bild 9.9

Grenzfälle der Bestandssituationen bei der Kanban-Steuerung

Es ist folglich nicht möglich, den Bestand eines Arbeitssystems mit der Kanban-Steuerung genau zu regeln. Daher kann der Bestand ggf. erheblich schwanken.

192

9 Kanban

3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Bei der Kanban-Steuerung ist das Material im Ausgangslager eines Arbeitssystems blockiert, für das an keinem der nachfolgenden Arbeitssysteme ein Produktionsauftrag in Form eines freien Kanbans vorliegt. Die Höhe des blockierten Bestands entspricht bei vollkommen gleichmäßiger Nachfrage und exakt eingehaltenen Wiederbeschaffungszeiten und -mengen dem Sicherheitsbestand (vgl. Abschn. 9.5.2). Je höher die Zahl der gefertigten Varianten an einem Arbeitssystem ist, desto kleiner ist die Nachfrage je Variante und damit rechnerisch auch die erforderliche Zahl der Kanbans je Variante. Eine Mindestanzahl von Kanbans je Variante (ein bzw. zwei Kanbans) kann jedoch nicht unterschritten werden, so dass die Gesamtzahl der Kanbans mit der Zahl der Varianten zunimmt. Entsprechend nimmt auch die Höhe des blockierten Bestands mit der Variantenzahl zu. Dies ist ein Grund dafür, dass die Kanban-Steuerung nur bei einer geringen Variantenvielfalt wirtschaftlich eingesetzt werden kann. Einige Praktiker nennen einen Grenzwert von sechs bis acht Varianten. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Ein zeitlicher Belastungsabgleich beschleunigt oder verzögert die Freigabe oder den Durchlauf von Aufträgen mit dem Ziel, Materialflussabrisse zu vermeiden (Beschleunigung) oder einen Bestandsaufbau zu verhindern (Verzögerung). Die Kanban-Steuerung führt keinen Belastungsabgleich durch, der die Freigabe eines Auftrags von der Belastung sämtlicher durchlaufener Arbeitssysteme abhängig macht. Dies ist mindestens beim Toyota-Produktionssystem auch nicht erforderlich, weil es eine mit den Kapazitäten abgestimmte Belastungsplanung voraussetzt. Die Kanban-Steuerung verhindert jedoch einen Bestandsaufbau an nachfolgenden Arbeitsystemen, in dem sie die Bearbeitung von Material verzögert, für das kein Kanban verfügbar ist. Dies ist ein Vorteil gegenüber anderen Auftragserzeugungsverfahren, die lange Regelkreise zur Auftragserzeugung einsetzen und daher die Kapazitätsrestriktionen der Arbeitssysteme nicht berücksichtigen. Der Belastungsabgleich der Kanban-Steuerung ist jedoch nicht so effizient wie der Belastungsabgleich, den Verfahren der Auftragsfreigabe ermöglichen. Als variantenspezifisches Verfahren regelt die Kanban-Steuerung unterschiedliche Varianten in getrennten Regelkreisen. Werden an einem Arbeitssystem mehrere Varianten gefertigt, trifft sie Entscheidungen daher immer nur auf Basis eines variantenspezifischen Teilbestands. Entsprechend benötigt sie einen insgesamt höheren Bestand, um eine bestimmte Auslastung des Arbeitssystems zu erreichen, als Auftragsfreigabeverfahren, die Freigabeentscheidungen auf der Basis des Gesamtbestandes treffen. 5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Die Kanban-Steuerung verursacht keine Reihenfolgevertauschungen, die die Lieferbereitschaft beeinträchtigen würden.

9.3 Diskussion der Verfahrensregeln

193

6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Planabweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Es ist Aufgabe der Fertigungssteuerung, einen drohenden Rückstand zu verhindern und einen entstandenen Rückstand abzubauen. Dazu ist die Kapazität kurzfristig zu erhöhen. Die Verfahrensregeln der Kanban-Steuerung selbst lassen eine Rückstandsregelung unberücksichtigt. Das Toyota-Produktionssystem legt jedoch großen Wert auf flexible Kapazitäten. Die Arbeitszeiten können auch kurzfristig erhöht werden [Ohno-88]. Die Arbeitszeitflexibilität dient dazu, Schwankungen der Bedarfsrate abzupuffern. Häufig werden die Betriebsmittelkapazitäten so ausgelegt, dass die Fertigung im Normalbetrieb zweischichtig betrieben wird. Die Kapazitätsflexibilität wird erheblich eingeschränkt, wenn Unternehmen die Kapazitäten niedrig dimensionieren, um die Investitionskosten zu verringern. Die Fertigung wird dann in der Regel dreischichtig betrieben, und es fehlt die Flexibilität, um auf Nachfrageschwankungen reagieren zu können. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Die Regeln der Kanban-Steuerung berücksichtigen den Durchsatzengpass einer Fertigung nicht explizit. Dennoch gibt der Fertigungsengpass den Takt der Fertigung vor. Hat das Vorgängerarbeitssystem eine höhere Kapazität, befinden sich die Kanbans häufig im Ausgangslager; es wird zudem häufig blockiert. Wenn das Engpassarbeitssystem Ware aus dem Lager entnimmt, hebt es die Blockade auf und initiiert die Nachfertigung des Materials. Es ist daher mit ausreichendem Material versorgt, ohne dass dazu ein besonders hoher Bestand erforderlich wäre. Außerdem wird das Engpassarbeitssystem selbst nur selten von nachfolgenden Arbeitssystemen blockiert. Soll das Engpassarbeitssystem bei der Parameterauslegung besonders berücksichtigt werden, ist die Anzahl der Kanbans an den Vorgängerarbeitssystemen und am Engpassarbeitssystem selbst besonders hoch auszulegen. Ersteres soll Materialflussabrisse am Engpassarbeitssystem verhindern, letzteres Blockaden durch nachfolgende Arbeitssysteme vermeiden. Das Toyota-Produktionssystem versucht allerdings, Engpässe bei der Prozessgestaltung und Kapazitätsdimensionierung zu vermeiden. Im Idealfall arbeiten alle Arbeitssysteme im gleichen Rhythmus. Entsprechend nimmt die Bedeutung der Engpässe ab. 8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Wenn die Einsatzvoraussetzungen einer Kanban-Steuerung gegeben sind, ist die Kanban-Steuerung sehr einfach umzusetzen. Es bedarf grundsätzlich nicht einmal eines rechnergestützten Informationssystems. Dies erhöht die Akzeptanz des Verfahrens bei den Mitarbeitern der Fertigung. Diese sehen unmittelbar die Notwendigkeit nachzufertigen, wenn das Lager leerzulaufen droht. Ein derartig visualisierter Tatbestand ist wesentlich eindringlicher als die Aufforderung eines – für die Mitarbeiter häufig wenig transparenten – elektronischen Informationssystems.

194

9 Kanban

9.

Verfahren der Auftragserzeugung sollten Nachfrageinformationen möglichst schnell und unverzerrt kommunizieren. Für die Kanban-Steuerung gelten zwar grundsätzlich die gleichen Nachteile wie für das Bestellbestandsverfahren (vgl. dazu Abschn. 8.2), also insbesondere die punktuelle Übertragung von Nachfrageinformationen zum Bestellzeitpunkt. In der Implementierung werden diese jedoch häufig entschärft. Hierzu tragen die folgenden Aspekte bei. Erstens ist die Kanban-Steuerung häufig mit kleinen Losgrößen verbunden. Diese werden zum einen durch kurze Rüstzeiten ermöglicht, zum anderen durch die Trennung von Transport- und Produktionslos. Zweitens ist die Nachfragerate einer Variante bei der Kanban-Steuerung häufig hoch. Kleine (Transport-)Losgrößen und eine hohe Bedarfsrate bewirken eine häufige Übertragung von Nachfrageinformationen. Drittens sind in der mehrstufigen Anwendung der Kanban-Steuerung die Losgrößen der verschiedenen Stufen aufeinander abgestimmt. Dadurch werden zusätzliche Verzerrungen der Nachfrageinformation vermieden, wie sie durch den Effekt der MRP-Nervousness entstehen können (vgl. Kap. 7). Viertens ist die Kanban-Steuerung häufig in eine übergeordnete Produktionsplanung eingebunden, die zwischen den Partnern der Lieferkette abgestimmt ist und Nachfrageinformationen über mehrere Stufen hinweg übermittelt. Aufgrund dieser Unterschiede in der Implementierung eignet sich die KanbanSteuerung auch für die Auftragserzeugung in Lieferketten.

9.4 Holprinzip versus Bringprinzip Beim Bringprinzip wird das Material direkt nach der Fertigstellung zu dem bzw. den nachfolgenden Arbeitssystemen gebracht. Dagegen verbleibt das Material beim Holprinzip beim erzeugenden Arbeitssystem. Es wird erst zu einem verbrauchenden Arbeitssystem gebracht, wenn dieses einen Bedarf anmeldet. Das Holprinzip ist gegenüber dem Bringprinzip mit zwei Vorteilen verbunden: 1. Es verzögert die Entscheidung über die Verwendung des Materials. 2. Es erhöht die Bestandstransparenz. Verzögerung der Entscheidung über den Verwendungszweck

Die Unterscheidung zwischen Holprinzip und Bringprinzip ist vor allem dann bedeutsam, wenn mehrere Arbeitssysteme auf das gleiche Erzeugnis zugreifen. In diesem Fall benötigt das Holprinzip einen geringeren Bestand als das Bringprinzip, um die Versorgung der nachfolgenden Arbeitssysteme mit einer bestimmten Variante sicherzustellen. Dies sei an einem einfachen Beispiel erläutert (Bild 9.10). Wird eine Variante direkt nach der Bearbeitung zu einem bestimmten Arbeitssystem gebracht, dann ist sie für die anderen Arbeitssysteme nicht mehr verfügbar. Entsprechend können Versorgungsengpässe und Materialflussabrisse entstehen, obwohl Bestand im Gesamtsystem vorhanden ist (Bild 9.10 a an Arbeitssystem 2). Das Bringprinzip verlagert den Variantenentstehungspunkt also unnötigerweise nach vorne.

9.5 Festlegung der Verfahrensparameter

195

IFA 10.870

Bild 9.10 Unterscheidung von Bringprinzip und Holprinzip

Bleibt das Material hingegen am erzeugenden Arbeitssystem (Bild 9.10 b), können alle nachfragenden Arbeitssysteme darauf zugreifen. Entsprechend kann der Bestand immer dem Arbeitssystem zugeordnet werden, dem ein Versorgungsengpass droht. Mit dem gleichen Bestand im Gesamtsystem kann daher ein höherer Servicegrad erreicht werden als beim Bringprinzip. Greift nur ein Arbeitssystem auf ein Erzeugnis zu, kann das Material auch direkt nach der Fertigstellung zum nachfolgenden Arbeitssystem transportiert werden (vgl. aber die nachfolgenden Ausführungen zur Bestandstransparenz). Erhöhung der Bestandstransparenz

Beim Bringprinzip wird das Material direkt nach der Fertigstellung zum nachfolgenden Arbeitssystem gebracht. Ist dieses außer Sichtweite, sieht der Mitarbeiter nicht, wenn sich ein hoher Bestand am Arbeitssystem angehäuft hat oder ein Materialflussabriss droht. Beim Holprinzip verbleibt das Material dagegen am erzeugenden Arbeitssystem. Der Mitarbeiter ist daher stets über die Bestandssituation der nachfolgenden Arbeitssysteme informiert.2

9.5 Festlegung der Verfahrensparameter Die drei wesentlichen Verfahrensparameter der Kanban-Steuerung sind die Losgröße und der Behälterinhalt (Abschn. 9.5.1) sowie die Anzahl der Kanbans (Abschn. 9.5.2). 9.5.1 Losgröße und Behälterinhalt Methoden zur Bestimmung der Losgrößen wird in der traditionellen KanbanLiteratur nur geringe Bedeutung beigemessen. Ziel ist es vielmehr, die Rüstzeiten 2

Man könnte argumentieren, dass dafür die Bestandstransparenz beim verbrauchenden Arbeitssystem fehlt. Da dieses seine Materialversorgung ohnehin nicht beeinflussen kann, ist sie hier nicht so wichtig wie beim erzeugenden Arbeitssystem.

196

9 Kanban

radikal zu reduzieren, so dass sehr kleine Lose wirtschaftlich werden. Entsprechend konzentrieren sich die Autoren darauf, Vorgehen zu beschreiben, um die Rüstzeiten zu senken. Hohen Bekanntheitsgrad hat das sog. Single Minute Exchange of Dies (SMED) erlangt [Shin-85]. Ein methodisches Vorgehen schlägt etwa Frühwald vor [Früh-90]. Aus zwei Gründen ist die Festlegung der Losgrößen jedoch auch für die Kanban-Steuerung sehr wichtig. Zum einen bestimmen die Losgrößen die erreichbaren Wiederbeschaffungszeiten und Bestände. Zum anderen können die Losgrößen bei der Kanban-Steuerung je Arbeitssystem unterschiedlich festgelegt werden. So können bei Kapazitätsengpässen und bei besonders rüstintensiven Arbeitssystemen größere Lose gewählt werden als bei Arbeitssystemen mit Kapazitätsreserven und sehr niedrigen Rüstzeiten. Eine übliche Praxis ist es, einen Tagesbedarf als Losgröße festzulegen und jede Variante einmal täglich aufzulegen (vgl. z. B. [Ever-99]). Dies hat den Vorteil konstanter und gut planbarer Wiederbeschaffungszeiten. Das Vorgehen ist jedoch auch mit offensichtlichen Nachteilen verbunden: 1. Bei sehr niedrigen Rüstzeiten nutzt es die Potenziale geringer Losgrößen nicht aus. Bestände und Wiederbeschaffungszeiten könnten weiter reduziert werden. 2. Bei hohen Rüstzeiten kann das Vorgehen hohe Rüstkosten und ggf. auch Kapazitätsengpässe verursachen. 3. Das Vorgehen differenziert nicht zwischen den Varianten. In der Regel ist es sinnvoll, Varianten mit einer hohen Nachfrage häufiger aufzulegen als Varianten mit einer niedrigen Nachfrage. Im Folgenden wird ein eher pragmatisches Vorgehen zur Festlegung der Kanban-Losgrößen und des Behälterinhalts vorgeschlagen. Es gliedert sich in drei Schritte: 1. Auswahl der Methodik zur Losgrößenbestimmung 2. Berechnung unkoordinierter Losgrößen 3. Abstimmung der Losgrößen durch Festlegung des Behälterinhalts Auswahl der Methodik zur Losgrößenbestimmung

Um für jedes Arbeitssystem die geeignete Methodik für die Losgrößenbestimmung auszuwählen, werden die Arbeitssysteme zunächst nach der Rüstzeit und nach der Kapazitätsauslastung differenziert: Die beiden Kriterien spannen ein Portfolio mit vier Feldern auf. Es werden Arbeitssysteme mit niedriger bzw. hoher Rüstzeit und mit niedriger bzw. hoher Kapazitätsauslastung differenziert (Bild 9.11).

9.5 Festlegung der Verfahrensparameter

197

IFA 10.871

Bild 9.11 Kapazitätsauslastungs-Rüstzeit-Portfolio

Das Toyota-Produktionssystem strebt an, alle Arbeitssysteme im Quadranten mit relativ niedriger Kapazitätsauslastung und niedriger Rüstzeit zu positionieren. Das Portfolio dient drei Zwecken. Erstens identifiziert es die Arbeitssysteme, an denen Maßnahmen zur Rüstzeitreduzierung vordringlich durchzuführen sind (Quadranten I und II). Zweitens zeigt es auf, an welchen Arbeitssystemen Kapazitätserhöhungen notwendig erscheinen (Quadranten II und IV). Und drittens gibt es Hinweise auf die geeignete Methodik zur Festlegung der Losgröße. Dazu können drei Fälle unterschieden werden: 1. Arbeitssysteme mit niedriger Rüstzeit (Quadrant III und IV)

Ist die Rüstzeit gering, sollte die Losgröße möglichst niedrig festgelegt werden (Quadranten III und IV, Arbeitssysteme 1, 2 und 3). Sie entspricht dann stets dem Inhalt eines Transportbehälters und wird damit erst im letzten Schritt der beschriebenen Methodik zur Losgrößenbestimmung bestimmt. 2. Arbeitssysteme mit hoher Rüstzeit und niedriger Kapazitätsauslastung (Quadrant I)

Bei hoher Rüstzeit, aber ausreichender Kapazität (Arbeitssystem 4) sollten die Losgrößen nach einem Optimierungsverfahren berechnet werden. Das Verfahren sollte mindestens die Rüstkosten und die Bestandskosten berücksichtigen. Die Rüstkosten werden in der Regel von den Personalkosten dominiert. In keinem Fall sind in diesem Quadranten Abschreibungen zu berücksichtigen. Die Bestandskosten sind proportional zum Zinssatz, zu den Materialkosten und zur mittleren Verweilzeit am Arbeitssystem bzw. im Lager. Ein mögliches Verfahren ist die Losgrößenberechnung nach Andler (vgl. etwa [Wien-97]). Das Verfahren berechnet zwar in der Tendenz zu große Losgrößen (vgl. Abschn. 4.1.3.1). Dies kann jedoch

198

9 Kanban

durch die Wahl eines hohen Zinssatzes oder durch die Wahl einer Losgröße unterhalb des berechneten Optimums ausgeglichen werden. Letztere Alternative nutzt die geringe Steigung der Gesamtkostenfunktion des Andlerschen Losgrößenfunktion in der Nähe des Kostenoptimums. Eine (maßvolle) Verringerung der Losgröße erhöht danach die Kosten nur in geringem Umfang [Nyhu-91]. Gemieden werden sollte jedoch der Bereich der Kostenfunktion, in dem die Kosten steil ansteigen. 3. Arbeitsysteme mit hoher Rüstzeit und hoher Kapazitätsauslastung (Quadrant II)

Sind Rüstzeiten und Kapazitätsauslastung hoch (Arbeitssystem 5), kann bei häufigem Rüsten die Kapazitätsgrenze überschritten werden. Als Folge könnte das Produktionsprogramm nicht umgesetzt werden. In diesem Fall kann die maximale Rüsthäufigkeit berechnet werden:

RH max = mit

KAPverf − BEL Plan

RHmax tr KAPverf BELPlan

(9.2)

tr maximale Rüsthäufigkeit [1/BKT] Rüstzeit [Std] verfügbare Kapazität [Std/BKT] Plan-Belastung [Std/BKT]

Die Kapazitätsbelastung berücksichtigt bei dieser Rechnung ausschließlich die Einzelzeiten der Varianten und keine Rüstzeiten. Die Rüsthäufigkeit ist anschließend auf die an einem Arbeitssystem gefertigten Varianten zu verteilen (vgl. [Burm-97]). Hieraus ergeben sich dann die Losgrößen der Varianten. In den meisten Fällen ist es sinnvoll, die verfügbare Kapazität nicht zu hoch zu veranschlagen, um ggf. Störungen noch abpuffern zu können. Berechnung unkoordinierter Losgrößen

Für jede Variante und jedes Arbeitssystem werden dann die unkoordinierten Losgrößen bestimmt. Für die im Kapazitätsauslastungs-Rüstzeit-Portfolio (Bild 9.11) eingetragenen Arbeitssysteme ergeben sich für eine Variante A die folgenden Losgrößen:3 Tabelle 9.1 Unkoordinierte Losgrößen für Variante A an den Arbeitssystemen 1 bis 5 Arbeitssystem Losgröße

3

1

2

3

4

5

Behälterinhalt

Behälterinhalt

Behälterinhalt

75

133

Die Losgrößen wurden an Arbeitssystem 4 mit Hilfe der Andlerschen Losgrößenformel berechnet, an Arbeitssystem 5 aus der maximalen Rüsthäufigkeit abgeleitet.

9.5 Festlegung der Verfahrensparameter

199

Bestimmung koordinierter Losgrößen

Jede Losgröße ergibt sich als ein Vielfaches des Inhalts eines Transportbehälters. Der Transportbehälter sollte so dimensioniert werden, dass die resultierenden Losgrößen den unkoordinierten Losgrößen möglichst gut entsprechen. Des Weiteren sind Kriterien wie Größe und Gewicht der Werkstücke zu berücksichtigen. Im Beispiel bieten sich etwa die folgenden Losgrößen an: Tabelle 9.2 Koordinierte Losgrößen für Variante A an den Arbeitssystemen 1 bis 5 Arbeitssystem

1

2

3

4

5

Losgröße

15

15

15

75

135

Die gewählten Losgrößen sind Produktionslosgrößen. Die Transportlosgrößen entsprechen stets dem Behälterinhalt. Dies ermöglicht eine überlappte Fertigung zwischen den Arbeitssystemen. Ein Arbeitssystem darf erst dann mit der Fertigung beginnen, wenn die Anzahl der Produktionskanbans der Losgröße entspricht. Im Beispiel benötigen die Arbeitssysteme 1 bis 3 also einen Kanban für Variante A, Arbeitssystem 4 fünf Kanbans und Arbeitssystem 5 neun Kanbans. Die Transportbehälter werden jedoch einzeln dem Lager entnommen, so dass die Kanbans zeitlich versetzt am Vorgängersystem eintreffen und eine Verzerrung der Nachfrageinformation weitgehend vermieden wird. Das Vorgängerarbeitssystem kann so mit der Nachfertigung des Materials bereits beginnen, während das betrachtete Arbeitssystem den Auftrag noch bearbeitet (überlappte Fertigung). Des Weiteren kann es ggf. zwischendurch andere Varianten nachfertigen. Entspricht die Anzahl der Kanbans für keine Variante der geplanten Losgröße, kann das Arbeitssystem (insbesondere, wenn es ein Kapazitätsengpass ist) mit der Nachfertigung der Variante beginnen, für die die meisten Produktionskanbans vorliegen. In der Regel werden die fehlenden Produktionskanbans während der Bearbeitung am Arbeitssystem eintreffen. Ist dies nicht der Fall, beendet das Arbeitssystem die Bearbeitung, bevor die geplante Losgröße erreicht ist. 9.5.2 Anzahl der Kanbans Der folgende Abschnitt beschreibt zunächst eine grundsätzliche Methodik zur Festlegung der Anzahl der Kanbans je Variante (Abschn. 9.5.2.1, ein alternatives Vorgehen beschreiben Bard und Golany [Bard-91]). Die Abschnitte 9.5.2.2 und 9.5.2.3 erläutern die Berechnung der Wiederbeschaffungszeit und des Sicherheitsbestandes. Dies sind die wichtigsten Einflussgrößen auf die benötigte Anzahl der Kanbans. 9.5.2.1 Methodik Der Bestand hat bei der Kanban-Steuerung zwei Aufgaben:

200

1.

9 Kanban

Schutz des Arbeitssystems vor Materialflussabrissen (Umlaufbestand)

Reicht der Bestand nicht aus, um das Arbeitssystem vor Materialflussabrissen zu schützen, entstehen Auslastungsverluste am Arbeitssystem. Die Mitarbeiter können nicht produktiv tätig sein. Dies gefährdet letztlich auch die Verfügbarkeit der am Arbeitssystem gefertigten Varianten. Der zur Auslastung der Arbeitssysteme erforderliche Bestand kann mit Hilfe von Produktionskennlinien berechnet werden. Er ist variantenneutral. 2.

Sicherung der Lieferbereitschaft (Lagerbestand der Variante = Sicherheitsbestand)

Der Bestand im Ausgangslager des Arbeitssystems dient dazu, die Verfügbarkeit der Variante sicherzustellen. Er puffert Bedarfsratenschwankungen ab und sichert die Lieferbereitschaft bei Schwankungen der Wiederbeschaffungszeit. Dieser Lagerbestand kann mit Hilfe von Lagerkennlinien berechnet werden. Er ist variantenspezifisch. Die Anzahl der Kanbans sollte von den Meistern bzw. Gruppenleitern der mit den Kanbans geregelten Fertigungsprozesse festgelegt werden, um die Verantwortung für Prozessverbesserungen und die logistische Zielerreichung zu delegieren [Mond-98].4 Zielvorgabe ist, die Anzahl der Kanbans schrittweise auf ein Minimum zu reduzieren. Die Anzahl der Kanbans ist nach diesem Verständnis ein Maß dafür, wie gut die Mitarbeiter den Prozess beherrschen. Mindestens für Zwecke der Fabrikplanung ist es jedoch erforderlich, die Zahl der Kanbans im Voraus abzuschätzen. Die Kanban-Anzahl mit Hilfe eines logistischen Modells zu bestimmen, ist jedoch nicht trivial. Problematisch sind u. a. die folgenden zwei Aspekte: 1. Die im Umlauf befindlichen Kanbans regeln die Summe von Umlauf- und Lagerbestand. Wie sich der Bestand verteilt, kann nicht exakt gesteuert werden und unterliegt zudem Schwankungen. 2. Der zur Sicherung der Auslastung verfügbare Bestand ist der Bestand, für den sowohl Material als auch Kanbans vorhanden sind. Verfügbares Material im Lager, für das am nachfolgenden Arbeitssystem kein Kanban in der KanbanTafel einen Bedarf anzeigt, ist blockierter Bestand (das nachfolgende Arbeitssystem dürfte den Bestand nicht bearbeiten). Er sichert daher nicht die Auslastung des Arbeitssystems. Die Anzahl der Kanbans kann nach folgender Formel berechnet werden (vgl. Monden [Mond-98], Ohno [Ohno-88] und Wildemann [Wild-84] für ähnliche Gleichungen):

4

„The final authority to change the number of Kanbans is delegated to the supervisor of each process… If it is desired to inspire improved managerial ability, authority to determine the number of Kanbans must first be delegated.“ [Mond-98]

9.5 Festlegung der Verfahrensparameter

AnzKan =

WBZ ⋅ BR m + BI

14243 Umlaufbestand

mit

AnzKan WBZ BI BRm SB

SB BI

{

201

(9.3)

Sicherheits bestand

Anzahl Kanbans [-] Wiederbeschaffungszeit [BKT] Behälterinhalt [ME] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] Sicherheitsbestand [ME]

Der erste Summand entspricht im Wesentlichen den Kanbans, die den Umlaufbestand bilden. Sie sind entweder schon Losen in Bearbeitung zugeordnet oder warten in der Kanban-Tafel auf die Bearbeitung. Bei signifikanten Informationslaufzeiten kann ein Teil der Kanbans auch auf den Transport zum Arbeitssystem warten. Dies ist bei der Berechnung der Anzahl der Kanbans dann gesondert zu berücksichtigen. Der zweite Summand entspricht dem Sicherheitsbestand. Bei gegebenen Losgrößen und Behälterinhalten beschränkt sich die Festlegung der Anzahl der Kanbans auf die Bestimmung der Plan-Wiederbeschaffungszeit (Abschn. 9.5.2.2) und des Sicherheitsbestands (Abschn. 9.5.2.3). 9.5.2.2 Berechnung der Wiederbeschaffungszeit Die Wiederbeschaffungszeit umfasst die folgenden Bestandteile:

WBZ = ZDLProd + ZDLInf + ZAD mit

WBZ ZDLProd ZDLInf ZAD

(9.4)

Wiederbeschaffungszeit [BKT] Produktionsdurchlaufzeit [BKT] Informationslaufzeit [BKT] Administrationszeit [BKT]

Informationslaufzeit und Administrationszeit sind im Unternehmen zu ermitteln. Sie sind häufig gegenüber der Produktionsdurchlaufzeit vernachlässigbar. Eine Informationslaufzeit kann sich aus dem Transport der Kanbans ergeben. Die mittlere Durchlaufzeit der Produktion kann aus einer logistischen Positionierung mit Hilfe von Produktionskennlinien bestimmt werden. Das entsprechende Vorgehen wurde ausführlich in Abschnitt 3.2.2.3 erläutert. Ein wichtiger Eingangsparameter ist der ideale Mindestbestand, der bei der Kanban-Steuerung vereinfacht nach der folgenden Formel berechnet werden kann:

∑ (AH n

BI min =

i

i =1 n

∑ ( AH i =1

i

⋅ ZAU i2

)

⋅ ZAU i )

(9.5)

202

9 Kanban

mit

BImin AHi ZAUi

idealer Mindestbestand [Std] Auflagehäufigkeit der Variante i im Planungszeitraum [-] Auftragszeit der Variante i [Std]

Die Gleichung gilt für ein Einzelarbeitssystem ohne Mindestübergangszeiten (wie z. B. Abkühl- oder Transportzeiten). Für Fertigungsinseln wird die Berechnung von Produktionskennlinien in [Lödd-01b] erläutert. 9.5.2.3 Dimensionierung des Sicherheitsbestands Die Höhe des erforderlichen Sicherheitsbestands hängt von den folgenden Faktoren ab (vgl. Abschn. 3.1.3): 1. Schwankungen der Bedarfsrate während der Wiederbeschaffungszeit 2. maximale positive Terminabweichung 3. maximal negative Mengenabweichung Sind diese Faktoren bekannt, berechnet sich der Sicherheitsbestand für einen Servicegrad von 100% zu [Nyhu-02]:

SBSG =100% = mit

(LTA

SBSG=100% LTA+max BRm MA max BRmax WBZ

+ max

⋅ BRm

) + (MA ) + ((BR 2

2 − max

max

− BRm ) ⋅ WBZ )

2

(9.6)

Sicherheitsbestand [ME] max. positive Lieferterminabweichung (Verzögerung) [BKT] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] maximale negative Mengenabweichung (Unterlieferung) [ME] maximale Bedarfsrate [ME/BKT] Wiederbeschaffungszeit [BKT]

Diese Gleichung setzt die statistische Unabhängigkeit der Variablen voraus. Gelingt es, die Wiederbeschaffungszeit auf die Bedarfsrate abzustimmen, kann ein geringerer Sicherheitsbestand gewählt werden. Ein entsprechendes Vorgehen wird am Ende des Abschnitts erläutert. Im Folgenden werden zunächst die Einflussfaktoren diskutiert. Bedarfsratenschwankungen

Eine wesentliche Zielsetzung der Just-in-time-Philosophie ist es, Bedarfsratenschwankungen soweit wie möglich zu vermeiden. Toyota plant die Varianten der Endmontage daher so ein, dass die Varianten im Wechsel aufeinander folgen. Die Feinplanung der Endmontage sorgt so für einen gleichmäßigen Verlauf der Bedarfsrate der Varianten. Im Idealfall wird kein Sicherheitsbestand benötigt, um Schwankungen der Bedarfsrate abzupuffern. Zudem bietet der Endmontageplan eine zuverlässige Grundlage, um die Bedarfsraten der Komponenten zu planen und die Anzahl der Kanbans zu bestimmen. Verzichtet ein Unternehmen bzw. eine Lieferkette auf eine derartig beruhigte Steuerung der Nachfrage, nimmt die Schwankung der Bedarfsraten zu. Entsprechend wird ein höherer Sicherheitsbestand benötigt.

9.5 Festlegung der Verfahrensparameter

203

In der Praxis bieten sich dann zwei Verfahren an, um den erforderlichen Sicherheitsbestand für Bedarfsratenschwankungen während der Wiederbeschaffungszeit festzulegen. Zum einen ist es möglich, die Schwankungen der Bedarfsrate während der Wiederbeschaffungszeit zu messen. Der Sicherheitsbestand sollte mindestens der maximalen positiven Abweichung des Bedarfs während der Wiederbeschaffungszeit von seinem Mittelwert entsprechen, um Schwankungen der Bedarfsrate abfangen zu können:

SB BRS = (BRmax − BRm ) ⋅ WBZ mit

SBBRS BRmax BRm WBZ

(9.7)

Sicherheitsbestand für Bedarfsratenschwankungen [ME] maximale Bedarfsrate [ME/BKT] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] Wiederbeschaffungszeit [BKT]

Zum anderen wird die maximale Bedarfsrate eines Arbeitssystems durch Kapazitätsrestriktionen der nachfolgenden Arbeitssysteme beschränkt. Bei nur einem nachfolgenden Arbeitssystem kann ein Unternehmen auf einen Sicherheitsbestand zur Abpufferung von Nachfrageschwankungen zum Teil verzichten. Dies ist dann der Fall, wenn die Auftragszeiten für alle Varianten am nachfolgenden Arbeitssystem größer (oder gleich) sind als am vorhergehenden Arbeitssystem. In diesem Fall kann das vorhergehende Arbeitssystem die Aufträge rechtzeitig nachfertigen, wenn weder Störungen noch hohe Informationslaufzeiten auftreten. Terminverzüge und Mengenabweichungen

Weiterer wesentlicher Unsicherheitsfaktor sind Terminverzüge, die sich aus Schwankungen der Wiederbeschaffungszeit ergeben. Mögliche Ursachen sind:

•

• •

Bei einer (temporär) erhöhten Gesamtnachfrage nach den Varianten, die ein Arbeitssystem fertigt, kann sich ein höherer Auftragsbestand aufbauen. Wenn die Arbeitszeit des Arbeitssystems nicht kurzfristig an die Gesamtnachfrage angepasst wird, erhöht sich die Wiederbeschaffungszeit und damit der Terminverzug (vgl. dazu die obigen Ausführungen). Längere Maschinenstörungen oder Versorgungsengpässe beim Ausgangsmaterial verlängern die Wiederbeschaffungszeit. Hält sich der Mitarbeiter nicht an die vorgegebene Bearbeitungsreihenfolge, resultieren daraus Schwankungen in den Wiederbeschaffungszeiten.

Unternehmen sollten daher versuchen, durch flexible Kapazitäten, eine beruhigte Nachfragesteuerung, sichere Beschaffungs- und Produktionsprozesse sowie eine hohe Reihenfolgedisziplin ungeplante Schwankungen in der Wiederbeschaffungszeit weitestgehend zu reduzieren. Darüber hinaus können sie die Streuung der Wiederbeschaffungszeit messen, um einen Anhaltswert für die Dimensionierung des Sicherheitsbestandes zu gewinnen. Der Einfluss von Mengenabweichungen kann in der Regel vernachlässigt werden.

204

9 Kanban

Abstimmung der Wiederbeschaffungszeit auf die Bedarfsrate

Gelingt es, die Wiederbeschaffungszeit auf die Bedarfsrate abzustimmen, dann reicht ein geringerer Sicherheitsbestand aus, um einen hohen Servicegrad zu gewährleisten. Bei einer überdurchschnittlich hohen Bedarfsrate ist dazu die Wiederbeschaffungszeit zu reduzieren, bei einer niedrigen Bedarfsrate kann die Wiederbeschaffungszeit verlängert werden. Es stellt sich daher die Frage, inwieweit es möglich ist, die Wiederbeschaffungszeiten auf die Bedarfsrate abzustimmen. Dies sei nachfolgend für zwei Fälle diskutiert: 1. Die Bedarfsrate nimmt über alle Varianten zu (Gesamtnachfrage steigt) 2. Der Variantenmix ändert sich, die Gesamtnachfrage bleibt konstant.

Steigende Gesamtnachfrage: Bei steigender Gesamtnachfrage muss das Unternehmen die Kapazitäten erhöhen, um einen Rückstand zu vermeiden und die Lieferbereitschaft zu sichern. Dazu sind zwei Alternativen denkbar. Zum einen kann es Überstunden veranlassen. Zum anderen kann das Unternehmen die Taktrate erhöhen, z. B. indem es zusätzliche Mitarbeiter einsetzt. Hält das Unternehmen den Bestand in der Fertigung konstant, senken beide Maßnahmen die Wiederbeschaffungszeit ab. Änderung im Variantenmix bei konstanter Gesamtnachfrage: Eine Änderung im Variantenmix bei konstanter Gesamtnachfrage entsteht, wenn sich die Nachfrage nach einigen Varianten erhöht, dafür aber die Nachfrage nach anderen Varianten in gleicher Höhe fällt. Bei langfristig wirksamen Nachfrageänderungen ist die Anzahl der Kanbans der Varianten anzupassen, um eine ruhige Fertigung zu ermöglichen. Kurzfristige Schwankungen des Variantenmix können jedoch meist allein durch Reihenfolgevertauschungen abgefangen werden. Dazu fertigt ein Arbeitssystem die Varianten – anders als im Grundverfahren der Kanban-Steuerung – nicht in der Reihenfolge nach, in der die Kanbans eintreffen (dies führt zu einer konstanten mittleren Übergangszeit je Variante). Vielmehr zieht es die Varianten mit einer erhöhten Bedarfsrate vor und hält die Varianten mit einer geringeren Bedarfsrate zurück. Dies verkürzt die Wiederbeschaffungszeit der Varianten mit erhöhter Bedarfsrate und erhöht die Wiederbeschaffungszeit der Varianten, deren Bedarfsrate hinter dem Planwert zurückbleibt. Ein derartiges Verhalten kann erzielt werden, indem ein Arbeitssystem stets die Variante nachfertigt, der als nächstes ein Lieferengpass droht. Bei kurzfristigen Schwankungen im Variantenmix muss auch bei dieser Alternative die Anzahl der Kanbans für die Varianten nicht verändert werden. Besonders einfach ist diese Art der Reihenfolgebildung bei einem Sicht-Kanban zu erreichen. Hier ist jeder Mitarbeiter unmittelbar über die Bestände im Lager informiert.

9.6 Unternehmensübergreifender Einsatz Die Kanban-Steuerung wird sehr häufig auch unternehmensübergreifend eingesetzt. Sie dient dann meist dazu, die Bestellungen eines Unternehmens möglichst effizient abzuwickeln. Viele Unternehmen verzichten auf physische Karten und

9.6 Unternehmensübergreifender Einsatz

205

übertragen die Bestellabrufe elektronisch. Zuweilen installieren sie auch eine digitale Kamera, die den Lagerbestand in das Internet überträgt. Der Lieferant kann den aktuellen Lagerbestand dann wie bei einem Sicht-Kanban stets einsehen. Vor übertriebenen Erwartungen an den Einsatz der Kanban-Steuerung soll jedoch gewarnt werden: Benötigt der Lieferant hohe Bestände, um die Kanban-Abrufe in der geforderten kurzen Wiederbeschaffungszeit zu erfüllen, dann ist wenig gewonnen. Entsprechend weist Monden – einer der führenden Vertreter des ToyotaProduktionssystems – darauf hin, dass auch der Lieferant ein schlankes Produktionssystem einführen muss, um einen effizienten Einsatz des Verfahrens zu gewährleisten. An seiner Darstellung der Lieferanteneinbindung mit Kanbans orientiert sich der folgende Abschnitt [Mond-98]. Darstellung und Diskussion der Verfahrensregeln

Die Kanban-Steuerung ist in der Regel eingebettet in ein übergeordnetes Produktionsprogramm, das für jede Variante eine (etwa monatliche) Produktionsmenge vorgibt. Diese Informationen ermöglichen es dem Lieferanten, die notwendigen Vorkehrungen zur reibungslosen Erfüllung des Produktionsprogramms zu treffen. Die tatsächlichen Kanban-Abrufe können vom vorgegebenen Produktionsprogramm aufgrund einer geänderten Nachfrage des Endkunden zwar noch abweichen. Die Abweichung ist jedoch erfahrungsgemäß eher gering. Würde auf Abweichungen verzichtet, um das vereinbarte Produktionsprogramm genau einzuhalten, hätte dies sehr viel größere Schwankungen der Bedarfsraten zwischen den Produktionsprogrammen zur Folge [Mond-98]. Die Kanban-Abrufe selbst erfolgen nach dem in Bild 9.12 dargestellten Muster (vgl. [Mond-98]): 1. Die leeren Behälter werden zusammen mit den Kanbans zum Lieferanten gebracht (Bild 9.12 a). 2. Im Lager des Lieferanten übergibt der Fahrer Transportbehälter und Kanbans und wechselt das Fahrzeug. Die Kanbans autorisieren die Nachfertigung der Varianten am letzten Arbeitssystem des Lieferanten (Schritte 1 bis 3 in Bild 9.12 b). In der Zwischenzeit stellt der Mitarbeiter an Arbeitssystem 1 beim Produzenten einen Auftrag fertig (Schritt 4). Ein weiterer LKW wird mit einem leeren Transportbehälter beladen (Schritt 5). 3. Der Fahrer fährt zum Eingangslager des Lieferanten zurück (Bild 9.12 c). Arbeitssystem 1 beim Produzenten fertigt unterdessen einen Auftrag der Variante A nach und löst die entsprechenden Material- und Kanbanbewegungen aus (Schritte 1 bis 3). Das letzte Arbeitssystem des Lieferanten stellt einen Auftrag fertig (Schritte 4 und 5). 4. Trifft der Fahrer beim Produzenten ein, wechselt er wiederum das Fahrzeug und fährt die leeren Transportbehälter und die Kanbans zum Lieferanten (Schritt 1 in Bild 9.12 d). Das gelieferte Material wird eingelagert (Schritt 2). In der Zwischenzeit belädt der Lieferant einen weiteren LKW mit fertig gestellten Komponenten (Schritte 3 und 4). Das letzte Arbeitssystem des Lieferanten wählt einen Nachfertigungsauftrag aus (Schritte 5 bis 7), und der Kunde fragt ein Los der Variante A nach (Schritte 8 und 9).

206

9 Kanban

IFA 10.872C

Bild 9.12 Funktionsweise des Lieferantenkanban

Bild 9.13 zeigt den möglichen Aufbau eines Lieferantenkanbans [Mond-98]. Der Lieferanten-Kanban enthält neben der Teilebezeichnung genaue Liefer- und Lagerorte, und zwar sowohl beim Lieferanten (Lager) als auch beim Abnehmer (Lager und Montage). Des Weiteren sind die genauen Lieferzeitpunkte und der Lieferzyklus angegeben. Die Bezeichnung 1 – 6 – 2 beim Lieferzyklus bedeutet, dass das Teil sechsmal täglich geliefert wird und zwei Lieferzeitpunkte nach dem Eintreffen des Kanbans beim Lieferanten an den Empfänger geliefert werden muss (Wiederbeschaffungszeit).

9.6 Unternehmensübergreifender Einsatz

207

IFA 10.888

Bild 9.13 Darstellung eines Lieferantenkanban (Monden)

Die Lieferantenkanbans können beim Lieferanten unmittelbar als Produktionskanbans der letzten Produktionsstufe verwendet werden. In diesem Fall ist es nachteilig, wenn mehrere Kanbans transportbedingt zum gleichen Zeitpunkt am Arbeitssystem eintreffen. Daher ist es mit Vorteilen verbunden, die Produktionskanbans elektronisch zu übermitteln. Dies verkürzt die Informationslaufzeit und fördert einen gleichmäßigen Nachfrageverlauf. Einige Vertreter der KanbanSteuerung bevorzugen jedoch trotzdem physische Kanbans. Bei elektronischen Kanban-Signalen ist es bisweilen schwer zu verhindern, dass ein Mitarbeiter häufiger nachbestellt, als es die Kanban-Regeln erlauben. Die Einbindung von Lieferanten über die Kanban-Steuerung funktioniert besonders effizient, wenn die Lieferanten in der Nähe des Abnehmers angesiedelt sind. Zum einen sind dann die Transportzeiten kurz, und die Bestände zwischen Zulieferer und Abnehmer können knapp dimensioniert werden. Zum anderen ist es dann häufig möglich, die Transporte mehrerer Lieferanten zu bündeln (sog. Milk Runs). So können die Lieferanten trotz einer hohen Transportfrequenz eine hohe Auslastung der Transportmittel erreichen. Dies begrenzt die Transportkosten und die Verkehrsbelastung durch eine Just-in-time-Anlieferung. Unter logistischen Gesichtspunkten hat die Kanban-Steuerung zwei wesentliche Vorteile: Erstens sorgt sie für kontinuierliche, gleichmäßige Lieferabrufe. Und zweitens begrenzt sie bei einer Verzahnung mit der Produktion des Lieferanten die Bestände. Beide Eigenschaften wirken der Verstärkung von Nachfrageschwankungen und damit dem Bullwhip-Effekt entgegen. Die Kanban-Steuerung setzt in dieser Form eine sehr enge Zusammenarbeit des Abnehmers mit seinen Lieferanten und sehr gut beherrschte Prozesse voraus. Dimensionierung des Lieferantenkanbans

Bei der Dimensionierung des Lieferantenkanbans sind einige Besonderheiten zu beachten. Diese ergeben sich insbesondere aus der geographischen Entfernung zwischen Lieferant und Abnehmer und den resultierenden Transportzeiten und -kosten.

208

9 Kanban

a) Losgröße

Neben den Rüstkosten der Betriebsmittel sind zusätzlich die Kosten für den Transport zu berücksichtigen. Diese nehmen meist mit zunehmender Losgröße je Transporteinheit ab. Tendenziell führt dies zu höheren Losgrößen. Die Unternehmen können jedoch häufig durch eine (unternehmensübergreifende) Bündelung von Transporten die Kosten kleiner Losgrößen senken. b) Kanban-Anzahl

Die Kanban-Anzahl kann wie in der unternehmensinternen Anwendung nach Gl. 9.3 berechnet werden. Wesentliche Einflussparameter sind neben der vorgegebenen Bedarfsrate damit die Wiederbeschaffungszeit und der Sicherheitsbestand. Die Wiederbeschaffungszeit gliedert sich auf in die Informationslaufzeit, die Produktionsdurchlaufzeit und die Transportdurchlaufzeit (vgl. Gl. 3.1 für weitere mögliche Komponenten).

WBZ = ZDL Inf + ZDL Prod + ZDLTransp mit

WBZ ZDLInf ZDLProd ZDLTransp

(9.8)

Wiederbeschaffungszeit [BKT] Informationslaufzeit [BKT] Produktionsdurchlaufzeit [BKT] Transportdurchlaufzeit [BKT]

Die Informationslaufzeit entspricht der Zeitdauer zwischen der Entnahme des Materials beim Abnehmer und dem Bekanntwerden des Bedarfs beim Lieferanten. Bei elektronischen Kanban-Signalen kann sie vernachlässigt werden. Werden die Informationen mit traditionellen (physischen) Kanbans übermittelt, entspricht sie mindestens der Zeit für den Transport der Karte vom Abnehmer zum Lieferanten. Werte für die Produktionsdurchlaufzeit können mit Hilfe der Produktionskennlinientheorie abgeleitet werden (vgl. Abschn. 3.2.2.3). Die Transportdurchlaufzeit setzt sich aus drei Komponenten zusammen: der Zeit von der Fertigstellung bis zum Transportbeginn, der eigentlichen Fahrzeit vom Lieferanten zum Abnehmer und Zeitanteilen für das Ein- und Ausladen/lagern der Varianten beim Lieferanten und Abnehmer. Die erste Komponente hängt wesentlich von der Transporthäufigkeit ab. Die Fahrzeit ergibt sich aus der Entfernung und der Durchschnittsgeschwindigkeit. Die letzte Komponente nimmt häufig verhältnismäßig wenig Zeit in Anspruch. Der Sicherheitsbestand wird beim Lieferantenkanban in der Regel höher dimensioniert als bei einer unternehmensinternen Kanban-Steuerung. Hauptursache hierfür sind die zusätzlichen Unsicherheiten, die sich aus dem Transport der Materialien ergeben. Schlechte Witterungsbedingungen, Straßensperren, Staus, Pannen oder Unfälle können die Transportdurchlaufzeit erheblich erhöhen. Entsprechend sollte der Ausfall einer Lieferung keine materialbedingten Produktionsausfälle verursachen.

9.7 Anwendung

209

9.7 Anwendung Die Kanban-Steuerung wird meist in einer variantenarmen Fertigung angewendet. Die mittlere Bedarfsrate der gesteuerten Varianten ist hoch und die Schwankung der Bedarfsrate niedrig. In aller Regel ist die Zahl der Kunden gering. Die Bedarfsrate kann insgesamt zuverlässiger geplant werden als bei der Anwendung des Bestellbestandsverfahrens, so dass ein niedriger Sicherheitsbestand ausreicht. Entsprechend können auch Produkte mit einem hohen Wert über Kanbans gesteuert werden. Die Kanban-Steuerung ist – anders als die übliche Anwendung des Bestellbestandsverfahrens – in eine detaillierte übergeordnete Produktionsprogrammplanung eingebunden. Diese wird mehrstufig und im Idealfall werks- bzw. unternehmensübergreifend durchgeführt. Die Kanban-Steuerung regelt in einem derartigen Umfeld die Schnittstelle zwischen einem verbrauchenden und einem erzeugenden Bereich. Das Verfahren wird in zahlreichen Unternehmen angewendet. Ein Schwerpunkt liegt dabei eindeutig auf der Automobilindustrie (vgl. z. B. [Bodl-00]). Spencer und Larsen beschreiben eine Anwendung im Schwermaschinenbau [Spen-98]. Sehr frühe Anwendungsberichte finden sich in [Wild-84].

10 Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung

Die Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung (Korma) wurde von Schönsleben speziell für Mischfertiger entwickelt, die Lageraufträge und Kundenaufträge auf den gleichen Betriebsmitteln fertigen. Sie kann jedoch eben so gut auch in einer reinen Lagerfertigung angewendet werden. Korma zielt primär darauf ab, die Arbeitssysteme der Fertigung gleichmäßiger auszulasten. Dazu werden Lageraufträge vorzeitig generiert und freigegeben, die kapazitätskritische Arbeitssysteme mit freien Kapazitäten durchlaufen. Darüber hinaus berechnet Korma über eine ständige Neuterminierung der Arbeitsvorgänge aller Aufträge Prioritäten, die der Reihenfolgebildung an den Arbeitssystemen dienen. Dies trägt zum einen dazu bei, Kunden- und Lageraufträge in der Fertigung zu koordinieren. Zum anderen berücksichtigt die Terminierung die aktuellen Lagerbestände. Korma kann so Schwankungen der Bedarfsrate während der Wiederbeschaffungszeit berücksichtigen und die Fertigstellung kritischer Aufträge beschleunigen. Korma ist damit eine Kombination von Verfahren der Auftragserzeugung und -freigabe sowie der Reihenfolgebildung. Sie wird ausführlich von Schönsleben beschrieben [Schö-95, Schö-02]. In den folgenden Abschnitten werden die Verfahrensregeln dargestellt (Abschn. 10.1) und diskutiert (Abschn. 10.2). Die Festlegung der Verfahrensparameter wird in Abschnitt 10.3 diskutiert. Sie ähnelt in weiten Teilen der des Bestellbestandsverfahrens. Grundideen der Korma können auch unternehmensübergreifend eingesetzt werden (Abschn. 10.4). Die Korma wird bei einem Unternehmen in der Schweiz eingesetzt (Abschn. 10.5).

10.1 Verfahrensbeschreibung Ein Planungslauf des Verfahrens besteht aus vier Komponenten, von denen Schönsleben die ersten beiden zusammenfasst. 1. 2. 3. 4.

Berechnung der Vorgriffszeit für auf Lager gefertigte Varianten; Terminorientierte Auftragsfreigabe mit Belastungsabgleich; Berechnung des Plan-Endtermins für freigegebene Lageraufträge; Neuterminierung der freigegebenen Aufträge mit der Wahrscheinlichen Terminierung.

Diese Komponenten der Korma werden im Folgenden zunächst beschrieben und dann anhand eines Beispiels diskutiert.

212

10 Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung

1. Berechnung der Vorgriffszeit für auf Lager gefertigte Varianten

Korma berechnet die Vorgriffszeit für jede auf Lager gefertigte Variante. Dies ist die Zeit, in der der Bestellbestand der Variante voraussichtlich unterschritten werden wird (Bild 10.1).

IFA 10.634

Bild 10.1 Berechnung der Vorgriffszeit (Schönsleben)

Die Vorgriffszeit berechnet sich wie folgt [Schö-02]:

ZVo = mit

BL + ∑ LAoffen - BB

ZVo BL LAoffen BB BR

BR

(10.1)

Vorgriffszeit [BKT] Lagerbestand [ME] Liefermenge offener Lageraufträge [ME] Bestellbestand [ME] Bedarfsrate [ME/BKT]

Lageraufträge können so – falls freie Kapazität vorhanden ist – ggf. schon vorzeitig generiert und freigegeben werden. Dies ermöglicht einen Belastungsabgleich, der bei dem in der Praxis üblicheren Bestellbestandsverfahren nicht durchgeführt werden kann. 2. Terminorientierte Auftragsfreigabe mit Belastungsabgleich

Korma gibt zunächst alle Aufträge frei, deren Plan-Starttermin erreicht ist (terminorientierte Auftragsfreigabe). Falls Arbeitssysteme über freie Kapazität verfügen, die in der Regel gut ausgelastet sind, gibt Korma zusätzlich Aufträge vorzeitig frei, die diese Arbeitssysteme durchlaufen. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Auslastung der kapazitätskritischen Arbeitssysteme der Fertigung und fördert einen Belastungsabgleich. Dieser Belastungsabgleich ist jedoch nicht algorithmisiert. Er kann entweder im Rahmen der Termin- und Kapazitätsplanung von einem Fertigungsplaner oder automatisiert von einem geeigneten Freigabealgorithmus

10.1 Verfahrensbeschreibung

213

durchgeführt werden. Grundsätzlich eignen sich dazu die Auftragsfreigabeverfahren mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich (vgl. Kap. 20 - 22). 3. Berechnung des Plan-Endtermins für freigegebene Lageraufträge

Korma berechnet in jedem Planungslauf für alle freigegebenen Lageraufträge den voraussichtlichen Plan-Endtermin, an dem der Lagerbestand den Sicherheitsbestand wahrscheinlich unterschreiten wird. Dieser Zeitpunkt wird wie folgt berechnet (vgl. dazu [Schö-02]):

TAE Plan = TP0 + mit

TAEPlan TP0 BL SB BR

BL − SB BR

(10.2)

Plan-Bearbeitungsende Auftrag [BKT] Planungszeitpunkt [BKT] Lagerbestand [ME] Sicherheitsbestand [ME] Bedarfsrate [ME/BKT]

Durch die stetige Anpassung des Plan-Endtermins der Lageraufträge berücksichtigt Korma die Bedarfsrate während der Wiederbeschaffungszeit. Ist die Bedarfsrate höher als geplant, wird der Plan-Endtermin vorgezogen, im umgekehrten Fall verzögert. Dies ermöglicht es, die Wiederbeschaffungszeiten auf die Bedarfsrate während der Wiederbeschaffungszeit abzustimmen und dadurch die Sicherheitsbestände im Lager zu reduzieren. In einer Verfahrensvariante wird der Zeitpunkt berechnet, in der der Lagerbestand voraussichtlich aufgezehrt sein wird. Entsprechend gilt für den Plan-Endtermin des Auftrags:

TAEPlan = TP0 + mit

TAEPlan TP0 BL BR

BL BR

(10.3)

Plan-Bearbeitungsende Auftrag [BKT] Planungszeitpunkt [BKT] Lagerbestand [ME] Bedarfsrate [ME/BKT]

4. Neuterminierung der freigegebenen Aufträge mit der Wahrscheinlichen Terminierung

Korma terminiert die Arbeitsvorgänge aller Aufträge in jedem Planungslauf neu. Die dazu angewendete sog. Wahrscheinliche Terminierung verteilt die noch zu fertigenden Arbeitsvorgänge eines Auftrags zwischen dem Planungszeitpunkt und dem Endtermin. Dabei berücksichtigt sie die Plan-Übergangszeiten der Arbeitssysteme. Die berechneten Arbeitsvorgangsbeginn- oder -endtermine dienen als Maß für die Priorität eines Auftrags an den betreffenden Arbeitssystemen. Die Wahrscheinliche Terminierung multipliziert alle Plan-Übergangszeiten mit einem einheitlichen Streckungsfaktor. Dieser Streckungsfaktor berechnet sich als

214

10 Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung

Verhältnis der verfügbaren und der geplanten Übergangszeit der verbleibenden Arbeitsvorgänge eines Auftrags (vgl. dazu [Schö-02] sowie Bild 10.2):1 n

SF =

ZUE verfügbar ZUE Plan

=

TSS − TP0 n

∑ ZUE Plan,i i =k

mit

SF ZUEverfügbar ZUEPlan TSS TP0 ZUEPlan,i TAEPlan ZDFi

=

TAE Plan − ∑ ZDFi − TP0 i=k

n

(10.4)

∑ ZUE Plan,i i =k

Streckungsfaktor [-] verfügbare Übergangszeit [BKT] Plan-Übergangszeit (verbleibende Arbeitsvorgänge) [BKT] Spätester Starttermin des Auftrags [BKT] Planungszeitpunkt [BKT] Plan-Übergangszeit des i-ten Arbeitsvorgangs [BKT] Plan-Bearbeitungsende Auftrag [BKT] Durchführungszeit des i-ten Arbeitsvorgangs [BKT] Index des nächsten, noch nicht fertig gestellten Arbeitsvorgangs [-] Anzahl der Arbeitsvorgänge [-]

IFA 10.857

Bild 10.2 Das Prinzip der Wahrscheinlichen Terminierung

1

Bei mehrstufigen Produkten kann sich durch die Neuterminierung der kritische Pfad verschieben. In diesem Fall sind ggf. mehrere Iterationen erforderlich, um die Streckfaktoren zu bestimmen [Schö-02].

10.1 Verfahrensbeschreibung

215

Der Streckungsfaktor ist größer als eins, wenn mehr Zeit für die Fertigstellung der restlichen Arbeitsvorgänge bleibt als geplant. In diesem Fall werden die PlanÜbergangszeiten verlängert. Ist die Fertigstellung des Auftrags gegenüber der Planung im Verzug, werden die Übergangszeiten der Aufträge verkürzt; der Streckungsfaktor ist kleiner als eins. Bei einem Streckungsfaktor von null entspricht die Zeit bis zum Plan-Endtermin der Summe der Durchführungszeiten der verbleibenden Arbeitsvorgänge. Ein negativer Streckungsfaktor setzt negative Übergangszeiten voraus. Diese können – in begrenztem Umfang – durch eine überlappte Fertigung der Arbeitsvorgänge erreicht werden (vgl. dazu [Schö-02] sowie Abschn. 5.3). Die Wahrscheinliche Terminierung gibt verzögerten Aufträgen eine höhere Priorität als Aufträgen, welche die Fertigung schneller durchlaufen als geplant. Zudem ermöglicht sie es, Lager- und Kundenaufträgen vergleichbare Ecktermine für die Arbeitsvorgänge zuzuweisen. Der Plan-Endtermin für Kundenaufträge ergibt sich aus dem zugesagten Plan-Liefertermin. Die Vorgehensweise für die Berechnung des Plan-Endtermins für Lageraufträge wurde als dritte Komponente der Korma beschrieben. Darstellung der Verfahrensregeln an einem Beispiel

Die Verfahrensregeln der Korma werden nachfolgend anhand eines einfachen Beispiels dargestellt. Ein Unternehmen fertige die Teile A, B und C auf Lager und zusätzliche Teile auf spezifischen Kundenwunsch. Die Fertigung bestehe aus den fünf Arbeitssystemen AS 1 bis AS 5. Tabelle 10.1 listet die aktuellen Lagerbestände, die Bestellbestände und die durchschnittliche Bedarfsrate nach den Teilen auf. Aus diesen Informationen lässt sich nach Gl. 10.1 die Vorgriffszeit berechnen. Tabelle 10.1 Berechnung der Vorgriffszeiten Teil

A B C

Lagerbestand + offene Aufträge

Bestellbestand

Bedarfsrate

Vorgriffszeit

[ME]

[ME]

[ME/BKT]

[BKT]

310 205 610

250 100 200

25 20 15

2,4 5,3 27,3

Korma generiert für jedes Teil einen Lagerauftrag. Die Lageraufträge werden in die Liste bekannter, aber noch nicht freigegebener Aufträge eingetragen (Tabelle 10.2). Diese Liste enthält neben den Lageraufträgen auch die noch nicht freigegebenen Kundenaufträge. Sie ist in der Reihenfolge der Plan-Starttermine der Aufträge sortiert. Der Plan-Starttermin der Lageraufträge ergibt sich als Summe von Planungszeitpunkt (hier: BKT 100) und Vorgriffszeit.

216

10 Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung

Tabelle 10.2 Liste bekannter, nicht freigegebener Aufträge lfd. Nr.

Auftragsnummer

Auftragsart

Teil

PlanStarttermin

durchlaufene Arbeitssysteme

[-]

[-]

[-]

[-]

[BKT]

[-]

1 2 3 4 5 6

4911 8712 4743 4814 5715 4816

XY XZ A B XX C

100,0 102,0 102,4 105,3 108,0 127,3

1, 4, 5 2, 3, 4 2, 4, 5 3, 4, 5 1, 3, 5 1, 2 , 3 ,4

Kundenauftrag Kundenauftrag Lagerauftrag Lagerauftrag Kundenauftrag Lagerauftrag

Planungszeitpunkt: TP0 = BKT 100

Korma gibt zunächst alle Aufträge frei, deren Plan-Starttermin erreicht ist (hier: Auftrag 1). Im nächsten Schritt identifiziert sie Arbeitssysteme, die im Allgemeinen gut ausgelastet sind, aber zum Planungszeitpunkt über freie Kapazitäten verfügen. Im Beispiel sei dies am Arbeitssystem 2 der Fall. Die Aufträge 2, 3 und 6 aus der Liste bekannter, aber nicht freigegebener Aufträge durchlaufen das Arbeitssystem. Aufgrund des frühesten Plan-Starttermins hat Auftrag 2 die höchste Priorität und wird vorzeitig freigegeben. Reicht dies aus, um Arbeitssystem 2 vollständig auszulasten, werden keine weiteren Aufträge freigegeben. Andernfalls wird zusätzlich Auftrag 3, ggf. auch Auftrag 6 vorzeitig in die Fertigung eingelastet. Im nächsten Schritt berechnet Korma für alle freigegebenen (und noch nicht fertig gestellten) Lageraufträge nach Gl. 10.2 den aktualisierten Plan-Endtermin. Im Beispiel ist ausschließlich ein Lagerauftrag für Teil C im Umlaufbestand der Fertigung (Tabelle 10.3). Tabelle 10.3 Liste freigegebener Lageraufträge Auftragsnummer

Teil

Lagerbestand

Sicherheitsbestand

Bedarfsrate

PlanEndtermin

[-]

[-]

[ME]

[ME]

[ME/BKT]

[BKT]

5441

C

110

80

15

102,0

Planungszeitpunkt: TP0 = BKT 100

Der Lagerbestand für Teil C wird voraussichtlich in zwei Tagen den Sicherheitsbestand von 80 Einheiten erreichen. Als Plan-Endtermin bestimmt Korma daher den Betriebskalendertag 102 (vgl. Gl. 10.2). Dieser Termin ist Ausgangspunkt für die Wahrscheinliche Terminierung, die Korma im letzten Planungsschritt für die verbleibenden Arbeitsvorgänge aller freigegebenen Aufträge durchführt. Dies sei am Beispiel des Lagerauftrags für Teil C erläutert (Tabelle 10.4).

10.1 Verfahrensbeschreibung

217

Tabelle 10.4 Planungs- und Rückmeldedaten von Auftrag 1 Auftrag 5441, Teil C

Planungszeitpunkt: TP0 = BKT 100 Plan-Endtermin: TBE = BKT 102

AVG [-]

AS [-]

TBE [BKT]

ZDF [BKT]

ZUEPlan [BKT]

ZUENeu [BKT]

TBBNeu [BKT]

TBENeu [BKT]

1 2 3 4

1 2 3 4

96 99

0,4 0,2 0,5 0,4

2,0 1,5 1,0 1,5

0,4 0,7

100,4 101,6

100,9 102,0

AVG: Arbeitsvorgang

ZUEPlan : Plan-Übergangszeit

AS : Arbeitssystem

ZUENeu : neu geplante Übergangszeit

TBE : Bearbeitungsendtermin

TBBNeu : neu geplanter Bearbeitungsbeginn

ZDF : Durchführungszeit

TBENeu : neu geplantes Bearbeitungsende

Die ersten beiden Arbeitsvorgänge des Auftrags sind bereits abgearbeitet. Die Arbeitsvorgänge 3 und 4 sind neu zu terminieren. Dazu wird zunächst der Streckungsfaktor für die Änderung der Übergangszeiten bestimmt. Dieser berechnet sich nach Gl. 10.4 zu: n

SF =

TAE Plan − ∑ ZDFi − TP0 n

i =k

∑ ZUE

Plan ,i

=

102,0 − (0,5 + 0,4 ) − 100,0 = 0,44 1,0 + 1,5

i =k

mit

SF TAEPlan ZDFi TP0 ZUEPlan,i k n

Streckungsfaktor [-] Plan-Bearbeitungsende Auftrag [BKT] Durchführungszeit des i-ten Arbeitsvorgangs [BKT] Planungszeitpunkt [BKT] Plan-Übergangszeit des i-ten Arbeitsvorgangs [BKT] Index des nächsten, noch nicht fertig gestellten Arbeitsvorgangs [-] Anzahl der Arbeitsvorgänge [-]

Die Plan-Übergangszeiten müssen folglich um 56% reduziert werden. Damit ergeben sich die in Tabelle 10.4 aufgeführten neuen Termine für die Arbeitsvorgänge 3 und 4 des Lagerauftrags für Teil C. Diese Berechnung wird für alle freigegebenen, aber noch nicht abgeschlossenen Aufträge durchgeführt. Damit ist der Korma-Planungslauf abgeschlossen. Als Ergebnis liegen für alle Arbeitsvorgänge neu berechnete Plan-Termine für den Bearbeitungsbeginn und für das Bearbeitungsende vor. Diese können als Prioritätskennziffer für die Mitarbeiter der Fertigung betrachtet werden. Kurz nach dem Planungslauf befinden sich die folgenden Aufträge im Bestand von Arbeitssystem 3 (Tabelle 10.5).

218

10 Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung

Tabelle 10.5 Liste der Aufträge im Bestand von Arbeitssystem 3 lfd. Nr

Auftrag

Auftragsart

Teil

TBBNeu

TBENeu

[-]

[-]

[-]

[-]

[BKT]

[BKT]

1 2 3 4

1115 5441 3243 3339

ZZ C XV XZ

100,0 100,4 101,4 101,5

100,5 100,9 101,9 101,8

Kundenauftrag Lagerauftrag Kundenauftrag Kundenauftrag

TBBNeu : neu geplanter Bearbeitungsbeginn TBENeu : neu geplantes Bearbeitungsende

Die Mitarbeiter am Arbeitssystem können diese Liste benutzen, um die Reihenfolge festzulegen, in der sie die Aufträge bearbeiten. Im einfachsten Fall fertigen sie die Aufträge in der Reihenfolge des neu geplanten Bearbeitungsbeginns. Die Verfahrensregeln der Korma geben jedoch keine feste Bearbeitungsreihenfolge vor.

10.2 Diskussion der Verfahrensregeln Die Besonderheit der Korma ist, dass sie Lageraufträge und Kundenaufträge sowohl in der Phase der Auftragsfreigabe als auch während des Auftragsdurchlaufs koordiniert. Die entsprechenden Komponenten der Korma – insbesondere die Berechnung der Vorgriffszeit und des wahrscheinlichen Plan-Endtermins für Lageraufträge – werden nachfolgend anhand der Leitsätze für die Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren bewertet (vgl. Abschnitt 3.3.2). 1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Eine Bestandsregelung gibt Aufträge frei, sobald der Bestand unter den PlanBestand fällt. Dadurch können Aufträge sowohl vorzeitig als auch nach dem PlanFreigabetermin in die Fertigung eingestoßen werden. Korma regelt die Bestände einer Fertigung nicht explizit. Insbesondere hält sie keine Aufträge zurück, falls der Bestand in der Fertigung (sehr) hoch ist. Gerät die Fertigung in Rückstand, führt dies daher zu einem Bestandsaufbau. Dies wird auch von Schönsleben erkannt. Er nennt als Einsatzvoraussetzung für die Korma, dass das Unternehmen erhöhte Umlaufbestände finanzieren kann [Schö-02]. Es ist jedoch problemlos möglich, die Korma mit einer Bestandsregelung zu kombinieren. 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Aufgrund der fehlenden Bestandsregelung kann die Korma Bestandsschwankungen nicht vermeiden. Wird sie um eine Bestandsregelung ergänzt, bietet sie jedoch sehr gute Voraussetzungen für die Reduzierung von Bestandsschwankungen: Sie erzeugt Lageraufträge bereits, bevor der Bestellbestand unterschritten wird. Dies ermöglicht die vorzeitige Freigabe von Lageraufträgen. So kann vermieden wer-

10.2 Diskussion der Verfahrensregeln

219

den, dass der Bestand unter den Plan-Bestand sinkt, wenn der Auftragseingang zeitweise geringer ausfällt als die Leistung der Fertigung. 3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Die Korma verursacht keine blockierten Bestände. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Ein zeitlicher Belastungsabgleich beschleunigt oder verzögert die Freigabe oder den Durchlauf von Aufträgen mit dem Ziel, Materialflussabrisse zu vermeiden (Beschleunigung) oder einen Bestandsaufbau zu verhindern (Verzögerung). Die Korma betont den ersten Fall, indem sie solche Aufträge vorzeitig freigibt, die Arbeitssysteme mit freien Kapazitäten durchlaufen. Die Effektivität des Verfahrens hängt von der Eignung des verwendeten Algorithmus bzw. dem Geschick des Fertigungsplaners ab. Da Korma selbst keinen Algorithmus vorgibt, bietet es sich an, das Verfahren mit anderen Fertigungssteuerungsverfahren zu kombinieren. Denkbar ist z. B. eine Kombination mit der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe oder einem der anderen Verfahren, die einen arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich (Kap. 20 bis 22) unterstützen. 5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Korma verursacht während des Durchlaufs der Aufträge durch die Fertigung keine Reihenfolgevertauschungen. Die mit der Wahrscheinlichen Terminierung berechneten Bearbeitungsbeginn- bzw. Bearbeitungsendtermine der Arbeitsvorgänge sind jedoch sinnvolle Kriterien für die Reihenfolgebildung an den Arbeitssystemen. Bei der Freigabe der Aufträge verursacht Korma hingegen Reihenfolgevertauschungen, um einen Belastungsabgleich zu fördern. Als Folge konkurrieren dringende und nicht dringende Aufträge um die Kapazitäten der Fertigung. Dies lässt sich bei einem zentralen Belastungsabgleich nicht vermeiden. Die Korma ist über die Vergabe von Plan-Bearbeitungsterminen für die Arbeitsvorgänge jedoch in der Lage, die Aufträge in der Fertigung zu koordinieren. 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Planabweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Es ist Aufgabe der Fertigungssteuerung, einen Rückstand zu verhindern und einen entstandenen Rückstand abzubauen. Dazu ist die Kapazität kurzfristig zu erhöhen. Die Rückstandsregelung ist kein Bestandteil der Korma. Das Steuerungsverfahren ist daher mit einer Rückstandsregelung zu kombinieren, um eine hohe Termintreue gewährleisten zu können. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Es ist eine der Grundideen der Korma, die Engpassarbeitssysteme vor Materialflussabrissen zu schützen. Dazu gibt sie Lager- oder Kundenaufträge vorzeitig

220

10 Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung

frei, wenn ein Engpassarbeitssystem über freie Kapazitäten verfügt. Effizienz und Effektivität des Verfahrens hängen vom verwendeten Freigabealgorithmus bzw. vom Geschick des Fertigungsplaners ab. 8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Im Vergleich zur MRP II-Steuerung oder zum Bestellpunktverfahren ist die Korma relativ kompliziert. In jedem Planungslauf berechnet sie die Vorgriffszeiten der auf Lager gefertigten Varianten und terminiert sämtliche Aufträge neu. Dieser rechnerische Aufwand ermöglicht es jedoch einerseits, Lageraufträge in einen Belastungsabgleich oder eine Bestandsregelung einzubeziehen. Andererseits trägt er dazu bei, Lager- und Kundenaufträge zu koordinieren und die Wiederbeschaffungszeiten der Lageraufträge auf die Bedarfsrate während der Wiederbeschaffungszeit abzustimmen. Dazu ist es allerdings erforderlich, die Mitarbeiter der Fertigung zeitnah über geänderte Prioritäten zu informieren. Weil auch der Arbeitsfortschritt genau zu erfassen ist, bedingt die Korma eine detaillierte und leistungsfähige Betriebsdatenerfassung. Der zusätzliche Aufwand fördert die logistische Leistungsfähigkeit der Fertigung. Die Korma kann zudem in PPS-Systeme integriert werden, was den Anwendungsaufwand begrenzt. 9.

Verfahren der Auftragserzeugung sollten Nachfrageinformationen möglichst schnell und unverzerrt kommunizieren. Für die Korma gelten grundsätzlich die gleichen Aussagen wie für das Bestellbestandsverfahren (vgl. dazu Abschnitt 8.2). Das Verfahren vermindert jedoch die Nachteile des Bestellbestandsverfahrens, indem es die Aufträge bereits vor Erreichen des Bestellbestands erzeugt und einen voraussichtlichen Plan-Starttermin errechnet. Der Plan-Starttermin enthält damit eine – beim Bestellbestandsverfahren nicht verfügbare – Information über die Nachfrage zwischen zwei Bestellzeitpunkten. Dadurch kann die Fertigung besser abschätzen, welche Belastung sie in Zukunft zu bewältigen hat.

10.3 Festlegung der Verfahrensparameter Wichtige Verfahrensparameter der Korma sind die Plan-Übergangszeiten der Arbeitssysteme und die Bestellbestände der auf Lager gefertigten Varianten. Die Bestimmung der Plan-Übergangszeiten in einer logistischen Positionierung wurde ausführlich in Abschnitt 3.2.2.3 erläutert. Wie die Bestellbestände modellbasiert festgelegt werden können, ist Gegenstand von Abschnitt 8.3. Die Sicherheitsbestände können jedoch niedriger dimensioniert werden als bei anderen Fertigungssteuerungsverfahren, bei denen die Wiederbeschaffungszeit nicht mit der Bedarfsrate während der Wiederbeschaffungszeit korreliert. Die Planungsfrequenz bestimmt die Häufigkeit, mit der die Planungsläufe der Korma durchgeführt werden. Je höher die Planungsfrequenz ist, desto aktueller sind die berücksichtigten Lagerbestände und Fertigungsfortschritte der Aufträge. Entsprechend sind kurze Planungszyklen vorteilhaft. Dies gilt besonders, wenn die

10.5 Anwendung

221

Planungsläufe weitgehend automatisiert werden können und sich dadurch der Aufwand begrenzen lässt. Ohne Anspruch auf Allgemeingültigkeit zu erheben, dürften tägliche Planungsläufe für viele Unternehmen angemessen sein. Des Weiteren ist es möglich, die Korma um einen Vorgriffshorizont zu ergänzen. Dieser bezeichnet die maximale Vorgriffszeit, mit der ein Auftrag vorzeitig freigegeben werden darf. So kann eine allzu frühzeitige Freigabe von Aufträgen vermieden werden. Die Wahl eines geeigneten Vorgriffshorizonts wird in Kapitel 21 für die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe diskutiert.

10.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Wie das Bestellbestandsverfahren kann auch die Korma unternehmensübergreifend eingesetzt werden. Dazu ist es erforderlich, dem Lieferanten entweder die aktuellen Lagerbestände oder die Vorgriffszeiten und die aktuellen PlanBearbeitungsendtermine der Varianten zu übermitteln. Ein solches Vorgehen würde es dem Lieferanten erstens erlauben, einen Belastungsabgleich durchzuführen. Zweitens könnte er die Lieferzeitpunkte auf den Bedarfsverlauf während der Wiederbeschaffungszeit abstimmen. Auf diese Weise würden sowohl der Lieferant als auch der Abnehmer vom Informationsaustausch profitieren: Der Lieferant hätte den Vorteil, die Fertigung gleichmäßiger auslasten zu können. Und der Abnehmer könnte die Sicherheitsbestände für die Varianten reduzieren und damit die Kapitalbindung verringern. Die unternehmensübergreifende Anwendung der Korma setzt ein gegenseitiges Vertrauen der Partner voraus. Des Weiteren ist ein effizienter Informationsaustausch zwischen den Unternehmen zu gewährleisten.

10.5 Anwendung Die Korma mildert die Unzulänglichkeiten des Bestellbestandsverfahrens in der Produktionsplanung und nutzt die Möglichkeiten der Fertigungssteuerung, um den Servicegrad der Varianten zu erhöhen. Die Korma verbessert damit die Effizienz des Bestellbestandsverfahrens, unterscheidet sich jedoch nicht im Anwendungsbereich (vgl. dazu Abschnitt 8.5). Schönsleben berichtet von einer Anwendung des Verfahrens bei der Trox Hesco AG in der Schweiz [Schö-02]. Das Unternehmen schätzt insbesondere den Zeitpunkt ab, zu dem der Lagerbestand einer Variante voraussichtlich aufgebraucht sein wird. Es verwendet diese Information, um die Priorität des Lagerauftrags in der Produktion zu bestimmen.

11 Synchro MRP

Synchro MRP kombiniert eine zentrale Produktionsplanung und -steuerung mit der dezentralen Kanban-Steuerung. Das Verfahren wurde vom japanischen Unternehmen Yamaha mit der Intention entwickelt, die Vorteile der Kanban-Steuerung auf eine Fertigungsumgebung zu übertragen, die von häufigen Produktwechseln und Produktänderungen sowie von einer hohen Variantenvielfalt geprägt ist. Derartige Fertigungsumgebungen sind für Europa wesentlich typischer als die des originären Toyota Produktionssystems. Synchro MRP wurde vor allem durch die Veröffentlichungen von Hall bekannt [Hall-86]. Das Verfahren funktioniert wie ein Zwei-Karten-Kanban. Ein Arbeitssystem darf eine Variante jedoch nur dann nachfertigen, wenn der geplante Abgang für die Variante noch nicht erreicht ist. Der Plan-Abgang je Variante wird in Tagesproduktionsprogrammen vorgegeben. Der folgende Abschnitt beschreibt die Verfahrensregeln von Synchro MRP. Diese werden anschließend anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert (Abschn. 11.2). Wie die Verfahrensparameter der Synchro MRP-Steuerung festgelegt werden, ist Gegenstand von Abschnitt 11.3. Das Verfahren kann auch werks- bzw. unternehmensübergreifend eingesetzt werden (Abschn. 11.4). Hall beschreibt eine Anwendung bei Yamaha (Abschn. 11.5).

11.1 Verfahrensbeschreibung Synchro MRP basiert auf zwei Bestandteilen: • •

einem Tagesproduktionsplan, der von einem übergeordneten PPS-System generiert wird, und einem konventionellen Zwei-Karten-Kanban.

Das Verfahren enthält damit sowohl Elemente einer zentralen Fertigungssteuerung als auch dezentrale Regelkreise in der Fertigung selbst. Bild 11.1 zeigt die zentralen Informationsflüsse von der Produktionsprogrammplanung zu den Arbeitssystemen der Fertigung und die dezentralen Informationsflüsse zwischen den Arbeitssystemen und den Lägern.

224

11 Synchro MRP

IFA 10.890

Bild 11.1 Prinzip der Synchro MRP-Steuerung

Ein Arbeitssystem darf eine Variante nachfertigen, wenn • •

das Tagesproduktionsprogramm der Variante noch nicht erfüllt ist und ein Produktionskanban für die Variante vorliegt.

Damit sind das Tagesproduktionsprogramm und ein Zwei-Karten-Kanban die wesentlichen Bestandteile der Synchro MRP-Steuerung. Sie werden nachfolgend beschrieben. Tagesproduktionsprogramm

Das Unternehmen plant zunächst ein detailliertes Produktionsprogramm für alle Erzeugnisse bzw. Modelle für eine Planungsperiode. Dieses Produktionsprogramm ist fix und wird möglichst gleichmäßig auf die einzelnen Tage der Planungsperiode aufgeteilt. Ausgangspunkt ist die Planung einer Montagelinie, die hier als Beispiel dient (Bild 11.2). Aus diesem Primärbedarf der Montagelinie wird der Sekundärbedarf nach den Komponenten abgeleitet. Um die Nachfrage nach den Komponenten möglichst gleichmäßig zu verteilen, werden die einzelnen Modelle auf den Montagelinien im ständigen Wechsel gefertigt (im Beispiel von Bild 11.2 also etwa: A – B – A – C – A – B – A – D ...). Für die Berechnung des Sekundärbedarfs kann ein MRP-Algorithmus verwendet werden. Es ist jedoch auch eine Anwendung des Fortschrittszahlensystems (Kap. 13) denkbar.

11.1 Verfahrensbeschreibung

225

IFA 10.884

Bild 11.2 Tagesproduktionsprogramme einer Montagelinie für eine Planungsperiode von 10 BKT (nach Hall)

Für die Fortführung des Beispiels sei vorausgesetzt, dass die Modelle A und D je einmal die Komponente K1 verwenden und die Modelle B und C je einmal die Komponente K2 (Tabelle 11.1) Tabelle 11.1 Zuordnung von Komponenten und Modellen Modell Komponente A B C D

K1 K2 K2 K1

Ergebnis der Sekundärbedarfsplanung ist ein Tagesproduktionsprogramm für die Komponenten. In diesem Beispiel sei vereinfachend davon ausgegangen, dass die gefertigten Komponenten noch am selben Tag montiert werden. Daher ergibt sich der Tagesbedarf für die Komponenten unmittelbar aus der Summe der Tagesbedarfe der Modelle, in die sie eingehen (vgl. Tabelle 11.2). Tabelle 11.2 Tagesproduktionsprogramme für die Komponenten K1 und K2 Bedarf pro Tag [ME]

Komponente 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

K1 K2

240 213

240 213

240 213

210 243

240 213

240 213

240 213

240 213

240 213

210 243

Gesamt

453

453

453

453

453

453

453

453

453

453

226

11 Synchro MRP

Zwei-Karten-Kanban

Zusätzlich zur Fertigungssteuerung mit Tagesproduktionsprogrammen basiert Synchro MRP auf einem konventionellen Zwei-Karten-Kanban-System.1 Dieses wird ausführlich in Abschnitt 9.1.2 beschrieben. Die wichtigsten Verfahrensregeln werden nachfolgend wiederholt: 1. Ein Mitarbeiter an einem Arbeitssystem darf eine Variante nur nachfertigen, wenn ein Produktionskanban vorliegt und dadurch den Bedarf eines nachfolgenden Arbeitssystems für die Variante anzeigt. Bei der Synchro MRPSteuerung ist zusätzlich erforderlich, dass das Tagesproduktionsprogramm für die Variante noch nicht erfüllt ist. 2. Darf ein Arbeitssystem mehrere Varianten fertigen, wählt der Mitarbeiter die Variante mit der höchsten Priorität aus. Im Grundverfahren werden die Varianten in der Reihenfolge gefertigt, in der die Produktionskanbans am Arbeitssystem eintreffen. 3. Der Mitarbeiter entnimmt ein Los der nachzufertigenden Variante aus seinem Eingangslager. Er tauscht den Transportkanban gegen den Produktionskanban aus und beginnt mit der Bearbeitung. 4. Der frei gewordene Transportkanban wird zum zuliefernden Arbeitssystem transportiert. Dort wird ein Los der Variante dem Ausgangslager entnommen. Der verantwortliche Mitarbeiter tauscht den Produktionskanban gegen den Transportkanban aus und transportiert das Los zum folgenden Arbeitssystem. Der frei gewordene Produktionskanban autorisiert die Nachfertigung eines weiteren Loses der Variante. Die Verfahrensregeln von Synchro MRP werden im Folgenden an einem Beispiel erläutert. Betrachtet wird eine Fertigung mit zwei Arbeitssystemen und zwei Varianten (Bild 11.3). Das Tagesproduktionsprogramm für Variante A beträgt 100 Mengeneinheiten, das für Variante B 25 Mengeneinheiten. Die Produktionslosgröße für beide Varianten entspricht an beiden Arbeitssystemen 25 Mengeneinheiten. In der Ausgangssituation (Bild 11.3 a) hat Arbeitssystem 2 das Tagesproduktionsprogramm für Variante B bereits erfüllt und darf die Variante daher nicht mehr nachfertigen. Arbeitssystem 1 und Arbeitssystem 2 schließen die Bearbeitung eines Loses ab (Bild 11.3 b). Arbeitssystem 1 führt ein Los der Variante B dem Ausgangslager zu (Schritt 1). Der Tagesabgang der Variante erhöht sich dadurch auf 25 Mengeneinheiten und erreicht die Vorgabe des Tagesproduktionsprogramms (Schritt 2). Obwohl ein Produktionskanban für die Variante vorhanden ist und eine höhere Priorität hat als der von Variante A, darf das Arbeitssystem daher kein weiteres Los der Variante B mehr auflegen. Das Arbeitssystem fertigt stattdessen ein Los der Variante A nach, für die alle notwendigen Bedingungen zur Aufnahme der Produktion erfüllt sind (Schritte 3 und 4). Arbeitssystem 2 stellt ein Los der Variante A fertig (Schritt 5), wodurch sich der Tagesabgang der Variante 1

Statt eines Zwei-Karten-Kanbans können auch andere Varianten der Kanban-Steuerung verwendet werden. Beispielsweise beschreiben Deleersnyder et al eine Verfahrensvariante mit einem Ein-Karten-Kanban-System [Dele-92].

11.1 Verfahrensbeschreibung

227

auf 75 Mengeneinheiten erhöht. Da kein Produktionskanban die Nachfertigung von Variante A autorisiert, ist das Arbeitssystem in der Folge blockiert.

IFA 10.794

Bild 11.3 Funktionsweise der Synchro MRP-Steuerung

Dies ändert sich auch nicht, wenn der Kunde ein Los der Variante B nachfragt (Bild 11.3 c). Zwar wird dadurch ein Produktionskanban frei, der der Kanbantafel des Arbeitssystems zugeführt wird (Schritt 2). Da das Tagesproduktionsprogramm

228

11 Synchro MRP

für die Variante jedoch schon erfüllt ist, darf die Variante frühestens am folgenden Tag nachgefertigt werden. Erst wenn der Kunde die Variante A nachfragt (Schritt 1 in Bild 11.3 d), löst sich die Blockade von Arbeitssystem 2 auf. Der frei werdende Produktionskanban autorisiert die Nachfertigung von Variante A (Schritt 2). Der Mitarbeiter entnimmt das Material aus dem Eingangslager (Schritt 3) und schickt den Transportkanban zum Ausgangslager des zuliefernden Arbeitssystems 1 (Schritt 4). Dort autorisiert der Transportkanban den Transport eines Loses der Variante aus dem Ausgangslager von Arbeitssystem 1 in das Eingangslager von Arbeitssystem 2 (Schritt 5). Der frei werdende Produktionskanban wird der Kanbantafel von Arbeitssystem 1 zugeführt (Schritt 6).

11.2 Diskussion der Verfahrensregeln Synchro MRP gleicht in vielen Aspekten der Kanban-Steuerung, so dass die Verfahren bezüglich der Vor- und Nachteile im Wesentlichen übereinstimmen. Hauptunterschied ist das zusätzlich generierte Tagesproduktionsprogramm. Die folgende Diskussion der Verfahrensregeln konzentriert sich auf die hieraus resultierenden Unterschiede in der Eignung des Verfahrens. 1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Im Unterschied zu einer Fertigungssteuerung mit dem MRP II-System vermeidet Synchro MRP über die zusätzliche Kanban-Steuerung einen Bestandsaufbau, wenn die Fertigung in Rückstand gerät. Anders als die Kanban-Steuerung kann Synchro MRP die automatische Nachfertigung von Varianten verhindern: Die Kanban-Steuerung füllt den Bestand einer Variante bei ausreichender Kapazität bis zur Bestandsgrenze auf, die durch die Anzahl der Kanbans definiert wird. Dies ist in der Regel erwünscht, um die Lieferbereitschaft der Variante sicher zu stellen. Synchro MRP bietet über das Tagesproduktionsprogramm die Möglichkeit, diesen Bestandsaufbau zu vermeiden. Dies ist insbesondere bei Varianten mit einer niedrigen Bedarfsrate oder beim Auslauf einer Variante (z. B. bei einer technischen Änderung) sinnvoll. Varianten mit niedriger Bedarfsrate: Selten nachgefragte Varianten werden nicht täglich aufgelegt, sondern im Abstand von mehreren Tagen. Die KanbanSteuerung würde eine Variante direkt nach ihrem Verbrauch fertigen und damit vorzeitig fertig stellen. Synchro MRP ermöglicht es, die Fertigung der Variante bis zum tatsächlichen Bedarfszeitpunkt aufzuschieben. Dies reduziert den Bestand und hält die Kapazitäten für die Fertigung dringender Varianten frei. Variantenauslauf: Läuft eine Variante aus, muss die Fertigungssteuerung verhindern, dass die Variante durch die Selbstregelung der Kanban-Steuerung über den geplanten Ablaufzeitpunkt hinaus nachgefertigt wird. Synchro MRP bietet hierfür eine einfache Möglichkeit: Die Variante wird nicht mehr in das Tagesproduktionsprogramm der Arbeitssysteme aufgenommen und dementsprechend auch nicht mehr nachgefertigt. Um einen geregelten Variantenauslauf zu gewährleisten,

11.2 Diskussion der Verfahrensregeln

229

sind die Tagesproduktionsprogramme der einzelnen Arbeitssysteme aufeinander abzustimmen. 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Der Bestand kann einen Maximalwert, der sich aus der Anzahl der Kanbans ergibt, nicht überschreiten. Die zusätzliche Fertigungssteuerung durch Tagesproduktionsprogramme kann einen Bestandsaufbau verhindern, der – insbesondere bei nicht täglich nachgefragten Varianten – bei der Kanban-Steuerung aus der sofortigen Nachfertigung der Varianten resultiert. 3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Synchro MRP verursacht höhere blockierte Bestände als die Kanban-Steuerung. Zusätzlich zu den Losen, für die kein Produktionskanban verfügbar ist, blockiert das Fertigungssteuerungsverfahren die Bestände von Varianten, deren Tagesproduktionsprogramm bereits erfüllt ist. Dadurch vermeidet es zwar einen Bestandsaufbau an nachfolgenden Arbeitssystemen. Es verhindert jedoch, dass die Fertigung (bzw. der Fertigungsengpass) eine zeitweise erhöhte Produktivität ausnutzen kann, um voraus zu fertigen. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Ein zeitlicher Belastungsabgleich beschleunigt oder verzögert die Freigabe oder den Durchlauf von Aufträgen mit dem Ziel, Materialflussabrisse zu vermeiden (Beschleunigung) oder einen Bestandsaufbau zu verhindern (Verzögerung). Synchro MRP begrenzt die Bestände in der Fertigung und verhindert dadurch einen Bestandsaufbau. Ansonsten sind die Möglichkeiten eines zeitlichen Belastungsabgleichs in der Fertigungssteuerung gering. In der Produktionsprogrammplanung kommt ihm jedoch eine sehr hohe Bedeutung zu. 5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Synchro MRP kann Reihenfolgevertauschungen erzwingen, wenn • •

für eine Variante kein Produktionskanban die Nachfertigung autorisiert, das Tagesproduktionsprogramm einer Variante schon erfüllt ist.

In beiden Fällen soll durch die Reihenfolgevertauschung ein Bestandsaufbau an nachfolgenden Arbeitssystemen verhindert werden. Die Reihenfolgevertauschungen gefährden jedoch nicht die Lieferbereitschaft des Unternehmens. 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Planabweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Es ist Aufgabe der Fertigungssteuerung, einen drohenden Rückstand zu verhindern und einen entstandenen Rückstand abzubauen. Dazu ist die Kapazität kurzfristig zu erhöhen. Die Verfahrensregeln der Synchro MRP-Steuerung selbst sehen eine formalisierte Rückstandsregelung nicht vor. Das detaillierte Tagesprodukti-

230

11 Synchro MRP

onsprogramm legt jedoch eine sehr einfache Form der Rückstandsregelung nahe: Es wird so lange gearbeitet, bis das Tagesproduktionsprogramm erfüllt ist. Dies setzt zum einen flexible Arbeitszeiten und zum anderen realistische Tagesproduktionsprogramme voraus. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Synchro MRP verhindert durch die Kanban-Steuerung, dass die Arbeitssysteme vor dem Engpassarbeitsystem schneller arbeiten, als es die Engpasskapazität erlaubt. Es vermeidet dadurch einen unkontrollierten Bestandsaufbau in der Fertigung. Ansonsten lässt die Synchro MRP-Steuerung das Engpassprinzip unberücksichtigt. 8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Der erhöhte Planungsaufwand ist der wesentliche Nachteil der Synchro MRPSteuerung. Hall betont mehrfach die erheblichen Anstrengungen, die Yamaha in der Produktionsplanung unternimmt, um das Verfahren anzuwenden [Hall-86]. Im Vergleich zur Kanban-Steuerung fällt insbesondere der Verlust der Programmflexibilität auf: Die Kanban-Steuerung kann (kleinere) Abweichungen vom geplanten Produktionsprogramm über die Kanban-Regelkreise problemlos abfangen. Die Vorgaben der Tagesproduktionsprogramme setzen diesen Selbstregelungsmechanismus der Kanban-Steuerung außer Kraft. Um auf eine geänderte Marktnachfrage reagieren zu können, muss das Produktionsprogramm selbst geändert werden. 9.

Verfahren der Auftragserzeugung sollten Nachfrageinformationen möglichst schnell und unverzerrt kommunizieren. Über die Tagesproduktionsprogramme erzielt Synchro-MRP über mehrere Produktionsstufen hinweg eine hohe Transparenz über die Nachfragesituation. Diese Aussage wird jedoch dadurch eingeschränkt, dass die Tagesproduktionsprogramme für eine komplette Planungsperiode erstellt werden. Nachfrageänderungen während dieser Planungsperiode können daher nicht (oder nur über eine vom Verfahren nicht vorgesehene Änderung des Produktionsprogramms) kommuniziert werden.

11.3 Festlegung der Verfahrensparameter Verfahrensparameter der Synchro MRP-Steuerung sind die Tagesproduktionsprogramme sowie die Anzahl der Kanbans je Variante und Arbeitssystem. Wie die Anzahl der Kanbans festgelegt werden kann, ist ausführlich für die KanbanSteuerung beschrieben (Abschn. 9.4). Für die Tagesproduktionsprogramme trifft Hall die für Just-in-time-Systeme typische Empfehlung, die Belastung möglichst gleichmäßig zu verteilen [Hall-86].

11.5 Anwendung

231

11.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Yamaha benutzt Transportkanbans und einen Lieferplan mit detaillierten Liefermengen und Lieferterminen, um seine Lieferanten einzubinden [Hall-86]. Die Lieferanten liefern das Material direkt an die Arbeitssysteme der Fertigung. Die Transportkanbans erfüllen u. a. folgende Funktionen: Ortsangabe: Die Transportkanbans geben das Arbeitssystem und den genauen Lagerort für die Lieferung an. Bestandsführung: Die Transportkanbans sind mit einem Strichcode versehen, der die Teilenummer identifiziert. Bei Lieferung wird der Strichcode eingelesen und die Lieferung im Materialwirtschaftssystem verbucht. Sind lieferndes und empfangendes Werk weit voneinander entfernt, wird auch der Abgang beim Lieferanten erfasst [Hall-86].

11.5 Anwendung Für die Synchro-MRP-Steuerung gelten die gleichen Anwendungsvoraussetzungen wie für die Kanban-Steuerung (vgl. dazu Abschnitt 9.7). Durch die striktere Einbindung in eine übergeordnete Produktionsprogrammplanung kann jedoch eine höhere Variantenzahl gesteuert werden. Synchro MRP wurde von Yamaha und damit in der Praxis entwickelt. Hall schreibt hierüber einen ausführlichen Anwendungsbericht und geht darin auf Details wie die elektronische Bestandsführung oder die Behandlung von Ausschuss ein [Hall-86]. Eine Autorengruppe um Deleersnyder beschreibt eine Verfahrensvariante von Synchro MRP, in der nur für bestimmte Arbeitssysteme der Fertigung ein Tagesproduktionsprogramm vorgegeben wird. Die übrigen Arbeitssysteme der Fertigung werden ausschließlich über Kanbans gesteuert. Die Autoren berichten von Anwendungen dieser Verfahrensvariante in Industrieunternehmen [Dele-92].

12 Hybride Kanban-Conwip-Steuerung

Grundidee der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung ist es, die dezentrale Bestandsregelung der Kanban-Steuerung mit der zentralen Bestandsregelung der Conwip-Steuerung zu kombinieren. Das Fertigungssteuerungsverfahren wurde von Bonvik, Couch und Gershwin entwickelt und in Simulationsstudien evaluiert [Bonv-97]. In den Simulationsuntersuchungen erzielt das Verfahren bei einem vergleichbaren Bestand eine merklich höhere Leistung als die Kanban- und eine etwas höhere Leistung als die Conwip-Steuerung. Wie in einem Teilbereich der Literatur über Fertigungssteuerungsverfahren üblich, treffen die Autoren die vereinfachende Annahme, dass lediglich eine Variante gefertigt wird. Dies schränkt die Praxisnähe ein. Es vereinfacht dafür die mathematische Modellierung und die Simulation der Fertigungssteuerungsverfahren. Es erlaubt zudem einige grundsätzliche Schlüsse über Eignung und Eigenschaften von Fertigungssteuerungsverfahren. Unter der Annahme, dass nur eine Variante gefertigt wird, reduziert sich der Unterschied zwischen der Kanban- und der Conwip-Steuerung auf die Länge der Regelkreise. Es kann vernachlässigt werden, dass die Kanban-Steuerung variantenspezifische Bestandspuffer verwendet und Aufträge erzeugt, während die Conwip-Steuerung variantenneutrale Bestandspuffer einsetzt und Aufträge freigibt. Die folgende Darstellung überträgt die Verfahrensregeln auf den Fall mehrerer Varianten. Ziel ist es, so den Anwendungsbereich des Steuerungsverfahrens erheblich auszuweiten. Das Steuerungsverfahren wird für die Erweiterung so interpretiert, dass die variantenspezifischen Puffer der Kanban-Steuerung erhalten bleiben.1 Der folgende Abschnitt stellt zunächst die Verfahrensregeln der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung dar (Abschn. 12.1). Die Verfahrensregeln werden anschließend anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren bewertet (Abschn. 12.2). Die Festlegung der Verfahrensparameter ist Gegenstand von Abschnitt 12.3. Sie ähnelt weitgehend der der Kanban-Steuerung. Die unternehmensübergreifende Anwendung des hybriden Verfahrens ist mit einem Vorteil gegenüber der Kanban-Steuerung verbunden: Die Nachfrageinformation wird schneller an das zuliefernde Unternehmen weitergegeben (Abschn. 12.4).

1

Dies folgt aus der Erklärung der Autoren, dass das Verfahren als Variation der KanbanSteuerung verstanden werden kann, in der der Kanban des Fertigwarenlagers nicht zum letzten, sondern zum ersten Arbeitssystem der Fertigung geleitet wird.

234

12 Hybride Kanban-Conwip-Steuerung

12.1 Verfahrensbeschreibung Bonvik, Couch und Gershwin erklären das Verfahren als Variation der KanbanSteuerung, in der die Kanbans des Fertigwarenlagers direkt an das erste Arbeitssystem der Fertigung weitergeleitet werden und dort die Freigabe eines weiteren Auftrags autorisieren [Bonv-97]. Bild 12.1 zeigt den zentralen Informationsfluss vom Fertigwarenlager zu Arbeitssystem 1 und die dezentralen Informationsflüsse zwischen den Arbeitssystemen und Lägern.

IFA 10.868

Bild 12.1 Prinzip der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung

Die Kanbans des Fertigwarenlagers werden nachfolgend als Fertigwarenkanbans bezeichnet. Die Fertigungssteuerung mit der hybriden Kanban-ConwipSteuerung kann durch die folgenden Verfahrensregeln beschrieben werden: 1. Wird eine Variante vom Kunden aus dem Fertigwarenlager entnommen, wird der Fertigwarenkanban zum ersten Arbeitssystem geleitet, das die Variante durchläuft. Der Fertigwarenkanban bleibt während des gesamten Durchlaufs durch die Fertigung bis zum Fertigwarenlager bei der Variante. 2. Der Mitarbeiter eines Arbeitssystems darf ein Los nur bearbeiten, wenn sowohl der Fertigwarenkanban als auch ein konventioneller Kanban die Nachfrage nach der Variante signalisieren. Der Mitarbeiter am letzten Arbeitssystem kann grundsätzlich alle Lose bearbeiten. Das letzte Arbeitssystem nimmt dadurch eine Sonderstellung ein, die zu einigen – nachfolgend diskutierten – Besonderheiten des Verfahrens führt. 3. Sind Material, Fertigwarenkanban und konventioneller Kanban für mehrere Varianten vorhanden, wählt der Mitarbeiter die Variante mit der höchsten Priorität aus und beginnt mit der Bearbeitung. Sind die Voraussetzungen für keine Variante gegeben, ist das Arbeitssystem blockiert, und der Mitarbeiter wartet so lange, bis für eine der Varianten die Bedingungen erfüllt sind. Eine in der Kanban-Steuerung übliche Reihenfolgeregel ist es, die Aufträge in der Reihenfolge

12.1 Verfahrensbeschreibung

235

abzuarbeiten, in der die Kanbans den Bedarf nach einer Variante signalisieren.2 Am ersten Arbeitssystem ist zu entscheiden, ob die Fertigwaren- oder die konventionellen Kanbans die Reihenfolge bestimmen (im folgenden Beispiel wird die zweite Alternative gewählt). Am letzten Arbeitssystem werden keine konventionellen Kanbans verwendet. Sie können daher auch keine Bearbeitungsreihenfolge vorgeben. Es ist hier zwingend erforderlich, die aktuelle Nachfrage bei der Reihenfolgebildung zu berücksichtigen (vgl. dazu die Diskussion der Verfahrensregeln). Eine geeignete Reihenfolgeregel ist es z. B., die Variante mit der geringsten Bestandsreichweite im Fertigwarenlager nachzufertigen. Ist der Fertigwarenbestand für mehrere Varianten aufgebraucht, wird die Variante mit dem größten Rückstand oder der größten Nachfrage zuerst gefertigt. 4. Der Mitarbeiter entnimmt das Material dem Ausgangslager des vorhergehenden Arbeitssystems (bzw. beim ersten Arbeitssystem dem Rohmateriallager). Er leitet den zugehörigen konventionellen Kanban dem Vorgängerarbeitssystem zu, wo er die Nachfertigung des Ausgangsmaterials anstößt. 5. Der Mitarbeiter beginnt mit der Bearbeitung des Auftrags. Nach der Bearbeitung führt er das Los und den zugehörigen Kanban dem Ausgangslager zu. Das erste Arbeitssystem fügt zusätzlich den Fertigwarenkanban hinzu. Der Mitarbeiter am letzten Arbeitssystem legt keinen Kanban bei (der Fertigwarenkanban ist schon vorhanden, ein konventioneller Kanban ist am letzten Arbeitssystem nicht erforderlich). Die Mitarbeiter aller Arbeitssysteme prüfen nach der Bearbeitung, ob sie einen weiteren Auftrag fertigen dürfen (Wiederholung der Schritte 3-5). Die Verfahrensregeln der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung werden nachfolgend an einem Beispiel erläutert. Betrachtet wird eine Fertigung mit den drei Arbeitssystemen AS 1 bis AS 3 und den drei Varianten A, B und C (Bild 12.2). Jeder Variante sind acht Fertigwarenkanbans sowie an den Arbeitssystemen 1 und 2 drei konventionelle Kanbans zugeordnet. In der Ausgangssituation ist Arbeitssystem 1 blockiert. Für die Variante A ist zwar ein konventioneller Kanban vorhanden. Es fehlt jedoch ein entsprechender Fertigwarenkanban. Für die Varianten B und C ist die Situation genau umgekehrt: Es fehlen bei vorhandenen Fertigwarenkanbans die konventionellen Kanbans. Die Blockade des Arbeitssystems wird aufgehoben, wenn der Kunde die Variante A aus dem Fertigwarenlager abruft (Schritt 1 in Bild 12.2 b). Der zugehörige Fertigwarenkanban wird an das erste Arbeitssystem der Fertigung weiter geleitet (Schritt 2). Dort sind sowohl der konventionelle Kanban der Variante vorhanden, der aus der Kanban-Tafel entnommen wird (Schritt 3), als auch das Ausgangsmaterial, das aus dem Rohmateriallager bereitgestellt wird (Schritt 4). Das Rohmaterial selbst wird über ein konventionelles Kanban-System gesteuert. Der zugehörige Kanban wird an den Lieferanten weitergeleitet (Schritt 5).

2

Die Verfahrensautoren lassen das Problem der Reihenfolgebildung unberücksichtigt, weil sie eine Fertigung mit nur einer Variante voraussetzen.

236

12 Hybride Kanban-Conwip-Steuerung

10.787A

Bild 12.2 Funktionsweise der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung (1)

Als nächstes schließen die Arbeitssysteme 1 und 3 die Bearbeitung der Varianten A und B ab (Bild 12.2 c). Der Mitarbeiter an Arbeitssystem 1 führt das Fertigungslos inklusive der Kanbans seinem Ausgangslager zu (Schritt 1). Arbeitssystem 1 kann zunächst keinen weiteren Auftrag bearbeiten, da für alle drei Varianten ein konventioneller Kanban fehlt. Für die Variante A ist außerdem kein Fertigwarenkanban vorhanden. Arbeitssystem 3 führt das fertig gestellte Los der Variante B mit dem Fertigwarenkanban dem Fertigwarenlager zu (Schritt 2).

12.2 Diskussion der Verfahrensregeln

237

IFA 10.787B

Bild 12.2 Funktionsweise der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung (2)

Danach wählt es den nächsten Auftrag aus der Warteschlange aus und beginnt mit der Bearbeitung (Schritt 3). Den konventionellen Kanban leitet es dem Vorgängerarbeitssystem 2 zu (Schritt 4). Dort zeigt der Kanban einen Bedarf nach der Variante A an. Nachdem Arbeitssystem 2 die Bearbeitung von Variante A abschließt (Bild 12.2 d), führt der Mitarbeiter Material und Kanban der Warteschlange von Arbeitssystem 3 zu (Schritt 1). An Arbeitssystem 2 hat nun Variante C die höchste Priorität. Der Mitarbeiter entnimmt den zugehörigen konventionellen Kanban aus der Kanbantafel (Bild 12.2 e, Schritt 1) und das Material aus dem Ausgangslager von Arbeitssystem 1 (Schritt 2). Er beginnt dann die Bearbeitung. Der konventionelle Kanban des Ausgangsmaterials wird Arbeitssystem 1 zugeleitet (Schritt 3). Dort löst er unmittelbar die Bearbeitung eines neuen Auftrags aus. Fertigwarenkanban und Rohmaterial werden bereitgestellt (Schritte 4 und 5), und der Mitarbeiter beginnt mit der Bearbeitung des Auftrags. Schließlich wird das Rohmaterial beim Lieferanten nachbestellt (Schritt 6).

12.2 Diskussion der Verfahrensregeln Wesentliches Merkmal der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung ist die hybride Bestandsregelung, die sowohl den Gesamtbestand einer Variante als auch den Bestand der Variante an den Arbeitssystemen regelt. Die nachfolgende Diskussion der Verfahrensregeln schenkt diesem Aspekt besondere Beachtung.

238

12 Hybride Kanban-Conwip-Steuerung

1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Der Bestand der Fertigung wird bei der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung sowohl durch die Anzahl der Fertigwarenkanbans als auch durch die Anzahl der konventionellen Kanbans begrenzt. Die Anzahl der Fertigwarenkanbans ist eine Obergrenze für den Bestand einer Variante in Fertigung und Fertigwarenlager. Im Vergleich zur Conwip-Steuerung wird die Bestandsregelung der Fertigung durch zwei Faktoren erschwert: Zum einen kann nicht genau vorhergesagt werden, welcher Anteil der Fertigwarenkanbans sich in der Fertigung und welcher Anteil sich im Fertigwarenlager befindet. Zum anderen erhöht sich der Bestand mit der Anzahl der gefertigten Varianten. Für den maximalen Bestand in Fertigung und Fertigwarenlager gilt:

BAmax, FWKan =

AnzVar

∑ AnzFWKan

(12.1)

k

k =1

mit

BAmax,FWKan

maximaler Bestand durch Fertigwarenkanbans (in Anzahl Aufträgen) [-] Anzahl Fertigwarenkanbans der Variante k [-] Anzahl Varianten [-]

AnzFWKank AnzVar

Des Weiteren wird der Bestand der Fertigung durch die Anzahl der konventionellen Kanbans begrenzt. Der maximale Bestand in der Fertigung wird dann erreicht, wenn alle Kanbans einem Fertigungslos zugeordnet sind (d. h. kein Kanban am zugeordneten Arbeitssystem auf Ausgangsmaterial oder auf das Freiwerden des Arbeitssystems wartet) und wenn das letzte Arbeitssystem der Fertigung einen Auftrag bearbeitet (und damit ausgelastet ist). Es gilt: ⎛ AnzVar

BAmax, Kan = ⎜⎜ ⎝

mit

k =1

BAmax,Kan AnzKank,j AAPj=AnzAS AnzVar AnzAS

AnzAS −1

∑ ∑ AnzKan j =1

k, j

⎞ ⎟+ ⎟ ⎠

AAPj = AnzAS

(12.2)

maximaler Bestand durch konventionelle Kanbans (in Anzahl Aufträgen) [-] Anzahl der Kanbans für Variante k an Arbeitssystem j [-] Anzahl Arbeitsplätze am letzten Arbeitssystem [-] Anzahl Varianten [-] Anzahl Arbeitssysteme [-]

Weil die Anzahl der Kanbans in der Kanbantafel variieren kann und diese Kanbans (noch) keinem Auftrag zugeordnet sind, kann der Bestand der Fertigung auch über die konventionellen Kanbans nicht exakt geregelt werden. Insgesamt kann der Bestand der Fertigung die niedrigere der beiden Obergrenzen nicht überschreiten:

BAmax = min (BAmax, FWKan ; BAmax, Kan ) mit

BAmax

maximaler Bestand der Fertigung (in Anzahl Aufträgen) [-]

(12.3)

12.2 Diskussion der Verfahrensregeln

BAmax,FWKan BAmax,Kan

239

maximaler Bestand durch Fertigwarenkanbans (in Anzahl Aufträgen) [-] maximaler Bestand durch konventionelle Kanbans (in Anzahl Aufträgen) [-]

Die hybride Bestandsregelung eröffnet zwei Möglichkeiten, die Freigabe eines Auftrags zu verzögern: 1. Es fehlt ein Fertigwarenkanban: In diesem Fall ist der Bestand im Fertigwarenlager ausreichend hoch (oder es wurden schon genügend Nachfertigungsaufträge gestartet), so dass kein weiterer Auftrag erzeugt werden muss. 2. Es fehlt ein konventioneller Kanban: In diesem Fall ist der Bestand in der Fertigung so hoch, dass die Freigabe eines weiteren Auftrags nur den Bestand der Fertigung erhöhen würde, ohne die Leistung der Fertigung zu erhöhen. Der erste Fall tritt insbesondere in Zeiten geringer Nachfrage, der zweite bei erhöhter Nachfrage auf. Ist die Nachfrage (deutlich) geringer als die Kapazität der Fertigung, baut die konventionelle Kanban-Steuerung in der Fertigung einen Bestand auf: Jedes Arbeitssystem ist dann in der Lage, sein Ausgangslager zu füllen. Die hybride Kanban-Conwip-Steuerung baut dagegen bei geringer Nachfrage den Bestand in der Fertigung ab und verlagert den Großteil des Bestands in das Fertigwarenlager: Da das letzte Arbeitssystem der Fertigung jeden Auftrag in der Warteschlange bearbeiten darf, kann die Fertigung – so lange noch Bestand vorhanden ist – die Leistung auf einem höheren Niveau als die Nachfrage halten. Sobald die Fertigung leer gelaufen ist, bestimmt dann der niedrigere Zugang zur Fertigung ihre Leistung. Die zusätzliche zentrale Bestandsregelung erlaubt es der hybriden KanbanConwip-Steuerung, die Zahl der konventionellen Kanbans im Vergleich zur Kanban-Steuerung etwas zu erhöhen, ohne dass dadurch der tatsächliche mittlere Bestand ansteigen würde (dies wird durch die Fertigwarenkanbans verhindert). Bei erhöhter Nachfrage helfen die zusätzlichen Kanbans jedoch, eine höhere Leistung zu erzielen. Dadurch wird in Simulationen bei einem vergleichbaren mittleren Bestand eine höhere Leistung erreicht als bei der Kanban-Steuerung. Weil das letzte Arbeitssystem der Kanban-Conwip-Steuerung grundsätzlich alle Aufträge bearbeiten darf, kann das Verfahren im Vergleich zur konventionellen Kanban-Steuerung zu einem erhöhten Fertigwarenbestand führen. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Der Bestand der Fertigung kann einen Maximalwert, der sich aus der Anzahl der Fertigwarenkanbans und der Anzahl der konventionellen Kanbans ergibt, nicht überschreiten. In den Simulationsversuchen von Bonvik, Couch und Gershwin [Bonv-97] wirkt sich die hybride Bestandsregelung vorteilhaft auf die Bestandsschwankung der Fertigung aus. Die mögliche Bestandsschwankung nimmt mit der Anzahl der Kanbans – und damit auch mit der Variantenzahl und dem Sicherheitsbestand – zu.

2.

240

12 Hybride Kanban-Conwip-Steuerung

3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Wie bei der Kanban-Steuerung ist das Material im Ausgangslager eines Arbeitssystems blockiert, für das an keinem der nachfolgenden Arbeitssysteme ein freier Kanban vorhanden ist. Im Unterschied zur Kanban-Steuerung kann der Bestand im Ausgangslager des vorletzten Arbeitssystems nicht blockiert werden, da das letzte Arbeitssystem grundsätzlich alle Aufträge bearbeiten darf. Des Weiteren wird ein Teil der Aufträge durch die zentrale Bestandsregelung später freigegeben als bei der Kanban-Steuerung. Insgesamt ist das Ausmaß der blockierten Bestände bei der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung vermutlich etwas geringer als bei der konventionellen Kanban-Steuerung. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Ein zeitlicher Belastungsabgleich beschleunigt oder verzögert die Freigabe oder den Durchlauf von Aufträgen mit dem Ziel, Materialflussabrisse zu vermeiden (Beschleunigung) oder einen Bestandsaufbau zu verhindern (Verzögerung). Die hybride Kanban-Conwip-Steuerung verhindert einen Bestandsaufbau in der Fertigung und an den Arbeitssystemen. Dagegen werden keine Aufträge vorgezogen, wenn an einem Durchsatzengpass der Fertigung ein Materialflussabriss drohte. Dazu wäre es erforderlich, die Aufträge vor dem Plan-Starttermin zu generieren (vgl. dazu die Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung, Kap. 11). Als variantenspezifisches Verfahren regelt die hybride Kanban-ConwipSteuerung immer den Bestand einer spezifischen Variante. Werden mehrere Varianten gefertigt, trifft sie Freigabeentscheidungen sowohl an den Arbeitssystemen als auch für die gesamte Fertigung nur auf Basis eines Teilbestands. Um eine bestimmte Leistung zu erreichen, benötigt sie daher einen höheren Bestand als variantenneutrale Verfahren, die Freigabeentscheidungen auf der Basis des Gesamtbestands treffen. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Reihenfolgeregel und -disziplin am letzten Arbeitssystem der Fertigung sind von besonderer Bedeutung für die erfolgreiche Anwendung der hybriden KanbanConwip-Steuerung. Wenn die übrigen Arbeitssysteme – wie bei der KanbanSteuerung üblich – die Aufträge in der Reihenfolge bearbeiten, in der die Kanbans eintreffen, dann gibt das letzte Arbeitssystem die Reihenfolge für die gesamte Fertigung vor. Dies führt zu erheblichen Problemen, wenn sich die Bearbeitungsreihenfolge am letzten Arbeitssystem nicht an der Nachfrage ausrichtet. Werden die Aufträge am letzten Arbeitssystem beispielsweise nach der First-in-first-out-Regel abgefertigt, wird ein einmal etablierter Reihenfolgezyklus ständig wiederholt. Grund hierfür ist, dass der konventionelle Kanban der Varianten mit der Bearbeitung am letzten Arbeitssystem immer wieder an das Ende der Kanbantafel des vorletzten Arbeitssystems eingereiht wird. Im Beispiel von Bild 12.3 resultiert daraus der Reihenfolgezyklus A–B–B–A–B–A. 5.

12.2 Diskussion der Verfahrensregeln

241

IFA 10.883

Bild 12.3 Reihenfolgezyklus bei Fifo-Steuerung am letzten Arbeitssystem

Ein etablierter Zyklus wird erst dann unterbrochen, wenn fehlendes Material im Eingangslager des vorletzten Arbeitssystems eine andere Reihenfolge erzwingt. Dies wird spätestens dann erreicht, wenn für eine wenig nachgefragte Variante fehlende Fertigwarenkanbans die Freigabe weiterer Aufträge verhindern. Auf Nachfrageschwankungen der einzelnen Varianten kann so – wenn überhaupt – jedoch nur mit Verzögerung reagiert werden. Zu ebenfalls unzureichenden Ergebnissen führen aus analogen Gründen auch Reihenfolgeregeln wie Kürzeste oder Längste Operationszeit oder rüstzeitoptimierende Bearbeitungsreihenfolgen. Um mit der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung logistisch zufrieden stellende Ergebnisse erzielen zu können, muss sich die Bearbeitungsreihenfolge am letzten Arbeitssystem zwingend an der aktuellen Nachfrage ausrichten. Eine geeignete Reihenfolgeregel ist z. B. die Bestandsreichweite im Fertigwarenlager. Das letzte Arbeitssystem fertigt dann zuerst die Variante mit der geringsten Bestandsreichweite nach. Ist der Bestand für mehrere Varianten aufgebraucht, wird die Variante mit dem größten Rückstand bzw. die Variante mit der größten mittleren Bedarfsrate nachgefertigt. Auch bei der konventionellen Kanban-Steuerung ist die Anbindung an die Nachfrage zwingend erforderlich. Sie wird jedoch systemimmanent dadurch erreicht, dass der Kanban aus dem Fertigwarenlager direkt an das letzte Arbeitssystem der Fertigung geleitet wird. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Planabweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Es ist Aufgabe der Fertigungssteuerung, einen Rückstand zu verhindern und einen entstandenen Rückstand abzubauen. Dazu ist die Kapazität kurzfristig zu erhöhen. Die Verfahrensregeln der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung sehen eine Rückstandsregelung nicht vor. Das Verfahren ist daher mit einer Rückstandsregelung

6.

242

12 Hybride Kanban-Conwip-Steuerung

zu kombinieren, um eine hohe Lieferbereitschaft auch bei Plan-Abweichungen gewährleisten zu können. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Die Diskussion des 7. Leitsatzes folgt im Wesentlichen der Argumentation bei der Kanban-Steuerung (vgl. dazu Abschn. 9.3). Der Durchsatzengpass gibt – bei ausreichender Nachfrage – den Takt der Fertigung vor. Um den Durchsatzengpass vor Materialflussabrissen zu schützen, kann die Anzahl der Kanbans am Vorgängerarbeitssystem höher festgelegt werden als üblich. Unter Umständen ist es auch sinnvoll, die Anzahl der Kanbans am Arbeitssystem selbst hoch festzulegen, um Blockaden des Arbeitssystems zu vermeiden. 8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Die hybride Kanban-Conwip-Steuerung ist komplizierter als die KanbanSteuerung. Dies sollte ihre Umsetzung in die Praxis jedoch nicht verhindern. 9.

Verfahren der Auftragserzeugung sollten Nachfrageinformationen möglichst schnell und unverzerrt kommunizieren. Die hybride Kanban-Conwip-Steuerung überträgt die Nachfrageinformationen direkt aus dem Fertigwarenlager an die erste Produktionsstufe. Dies scheint zunächst vorteilhaft zu sein. Es ist jedoch mindestens mit dem Problem verbunden, dass die letzte Produktionsstufe nicht über die Nachfrage informiert wird. Dies sollte daher über zusätzliche Mechanismen sichergestellt werden. Die übrigen Produktionsstufen (also die Produktionsstufen zwischen der ersten und der letzten Produktionsstufe) werden nicht unmittelbar über die Nachfrage informiert, sondern nur mittelbar über die Kanbans der jeweils nachfolgenden Stufe.

12.3 Festlegung der Verfahrensparameter Behälterinhalt, Losgröße und die Anzahl der Kanbans sind die wesentlichen Verfahrensparameter der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung. Die Festlegung von Behälterinhalt und Losgröße wurde in Abschnitt 9.5.1 für die Kanban-Steuerung erklärt. Das gleiche Vorgehen kann für die hybride Kanban-Conwip-Steuerung gewählt werden. Die folgenden Ausführungen konzentrieren sich auf die Festlegung der Anzahl der Kanbans, und hier besonders auf die Anzahl der Fertigwarenkanbans (Abschn. 12.3.2). Der Abschnitt beginnt mit einer kurzen Zusammenfassung der Festlegung der Anzahl der konventionellen Kanbans (Abschn. 12.3.1). 12.3.1 Anzahl konventioneller Kanbans

Wie die Anzahl der konventionellen Kanbans festgelegt werden kann, wird für die Kanban-Steuerung ausführlich in Abschnitt 9.5.2 diskutiert. Es können zwei grundsätzlich verschiedene Vorgehensweisen unterschieden werden. Bei der ersten Vorgehensweise legt der verantwortliche Mitarbeiter die Anzahl der Kanbans

12.3 Festlegung der Verfahrensparameter

243

auf einen (als ausreichend angenommenen) Startwert fest. Die Anzahl der Kanbans wird dann schrittweise reduziert. Im Idealfall reicht ein Kanban je Variante aus, um die Lieferbereitschaft zu sichern. Die Variante wird dann nachproduziert, während das entnommene Los verbraucht wird. Bei der zweiten Vorgehensweise wird die Anzahl der Kanbans modellbasiert in einer logistischen Positionierung bestimmt. Eingangsparameter sind der Sicherheitsbestand und die Wiederbeschaffungszeit. Der Sicherheitsbestand kann mit Hilfe von Lagerkennlinien, die Wiederbeschaffungszeit mit Hilfe von Produktionskennlinien bestimmt werden (vgl. Abschn. 9.5.2). 12.3.2 Anzahl der Fertigwarenkanbans

Das grundsätzliche Vorgehen zur Festlegung der Anzahl der Fertigwarenkanbans unterscheidet sich nicht vom Vorgehen für konventionelle Kanbans. Die erste Alternative besteht wiederum darin, eine als ausreichend angenommene Anzahl von Fertigwarenkanbans festzulegen und dann im Rahmen eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses schrittweise zu reduzieren. Zweite Alternative ist die modellbasierte Festlegung der Anzahl der Fertigwarenkanbans. Schrittweise Reduzierung der Anzahl der Fertigwarenkanbans

Hauptproblem bei diesem Vorgehen ist es, den Anfangsbestand für die Varianten zu bestimmen. Dazu bieten sich zwei Alternativen an: 1. Jedem Los in der Fertigung und im Fertigwarenlager wird bei der Einführung der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung ein Fertigwarenkanban zugeordnet. Dieses Vorgehen ist sehr einfach. Probleme können insbesondere dann entstehen, wenn der Bestand für bestimmte Varianten zum Einführungszeitpunkt sehr niedrig (im Extremfall gleich null) ist. 2. In vielen Fällen sind sowohl für die Wiederbeschaffungszeit einer Variante als auch für den Sicherheitsbestand im PPS-System Planwerte hinterlegt. Gegebenenfalls sind für eine oder beide Größen auch Zielwerte vereinbart worden. Die Anzahl der Fertigwarenkanbans kann dann nach Gl. 9.3 aus Wiederbeschaffungszeit, Sicherheitsbestand, Behälterinhalt und mittlerer Bedarfsrate abgeleitet werden. Modellbasierte Festlegung der Anzahl der Fertigwarenkanbans

Für die modellbasierte Festlegung der Anzahl der Fertigwarenkanbans ist es sinnvoll, zwischen dem Umlaufbestand in der Fertigung und dem Sicherheitsbestand im Fertigwarenlager zu unterscheiden. Es gilt mit Gl. 9.3:

AnzFWKan = mit

WBZ SB ⋅ BRm + BI BI

AnzFWKan WBZ BI BRm SB

Anzahl der Fertigwarenkanbans [-] Wiederbeschaffungszeit [BKT] Behälterinhalt [ME] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] Sicherheitsbestand [ME]

(12.4)

244

12 Hybride Kanban-Conwip-Steuerung

Die Wiederbeschaffungszeit umfasst die Zeitdauer vom Freiwerden des Fertigwarenkanbans bei der Entnahme des zugeordneten Behälters aus dem Fertigwarenlager bis zum Eintreffen des neuen Loses im Fertigwarenlager. Diese Zeitdauer kann die folgenden Komponenten umfassen:

1. Informationslaufzeit: Eine Informationslaufzeit entsteht, wenn der Fertigwarenkanban aus organisatorischen Gründen nicht unmittelbar nach seinem Freiwerden einem neuen Auftrag zugeordnet werden kann. Informationslaufzeiten sollten soweit wie möglich vermieden bzw. reduziert werden. 2. Wartezeit vor Auftragsfreigabe: Fehlen entweder Material oder konventioneller Kanban für eine Variante, kann der zugehörige Fertigwarenkanban nicht unmittelbar einem Auftrag zugeordnet werden. Die Wartezeit auf fehlendes Material kann vernachlässigt werden, wenn es nur sehr selten zu Materialengpässen kommt. 3. Auftragsdurchlaufzeit bis ausschließlich zum letzten Arbeitssystem: Der Bestand einer Variante wird in der Fertigung von der Anzahl der konventionellen Kanbans begrenzt. Wenn nicht alle Kanbans einer Variante einem Fertigungslos zugeordnet sind, ist der tatsächliche Bestand in der Fertigung jedoch kleiner als die Anzahl der konventionellen Kanbans. Dies ist dann der Fall, wenn die Arbeitssysteme hoch ausgelastet sind und sich mehrere Kanbans in der Kanbantafel der Arbeitssysteme befinden. Der tatsächlich an einem Arbeitssystem gebundene Bestand einer Variante ergibt sich zum einen aus dem Bestand im Ausgangslager der Arbeitssysteme und zum anderen aus dem Bestand, der durch die Bearbeitung eines Auftrags am Arbeitssystem gebunden wird. Der Bestand im Ausgangslager kann durch den Sicherheitsbestand der Variante am Arbeitssystem, der Bestand in Bearbeitung mit dem Gesetz von Little aus Durchführungszeit und Leistung abgeschätzt werden. Für die Anzahl der während der Durchlaufzeit gebundenen Fertigwarenkanbans gilt entsprechend: AnzFWKanZDA =

AnzAS − 1

∑

j =1

mit

AnzFWKanZDA SBj BI ZDFj BRm

⎛ SB j ⎜ ⎜ ⎝ BI

+

ZDF j ⋅ BRm ⎞ BI

⎟ ⎟ ⎠

(12.5)

Anzahl Fertigwarenkanbans (Durchlaufzeit) [-] Sicherheitsbestand an Arbeitssystem j [ME] Behälterinhalt [ME] Durchführungszeit an Arbeitssystem j [BKT] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT]

Der Sicherheitsbestand an den Arbeitssystemen wird in der Auslegung der konventionellen Kanbans bestimmt. Auf diesen Wert kann bei der Auslegung der Fertigwarenkanbans zurückgegriffen werden.

4. Durchführungszeit am letzten Arbeitssystem: Der am letzten Arbeitssystem gebundene Bestand ergibt sich direkt aus der Anwendung von Little´s Gesetz. Für die Anzahl der gebundenen Fertigwarenkanbans gilt entsprechend:

12.4 Unternehmensübergreifender Einsatz

AnzFWKanZDF = mit

ZDF j = AnzAS ⋅ BRm

AnzFWKanZDF ZDFj=AnzAS BRm BI

BI

245

(12.6)

Anzahl Fertigwarenkanbans (Durchlaufzeit) [-] Durchführungszeit am letzten Arbeitssystem [BKT] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] Behälterinhalt [ME]

Können die ersten beiden Komponenten der Wiederbeschaffungszeit vernachlässigt werden, ergibt sich die Anzahl der Fertigwarenkanbans, die die Wiederbeschaffungszeit abdecken sollen, direkt aus der Addition der nach den Gln. 12.5 und 12.6 berechneten Bestände. Zu diesem Wert muss dann noch der Sicherheitsbestand im Fertigwarenlager hinzuaddiert werden. Der Sicherheitsbestand im Fertigwarenlager kann mit Hilfe einer logistischen Positionierung auf Basis der Lagerkennlinientheorie festgelegt werden. Die Berechnungsgleichungen finden sich in Abschnitt 3.1.3. Die folgenden Ausführungen beschränken sich daher auf einen Schlüsselparameter der Berechnungsgleichung: die Wiederbeschaffungszeit. Diese ist bei der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung nicht so eindeutig definiert wie etwa bei der Kanban-Steuerung. Zunächst liegt es nahe, die Wiederbeschaffungszeit als Zeitdauer zwischen der Entnahme eines Loses aus dem Fertigwarenlager und dem Eintreffen des dadurch ausgelösten Nachfertigungsauftrags im Fertigwarenlager zu definieren. Dies würde weitgehend der Durchlaufzeit des zugehörigen Fertigwarenkanbans entsprechen, wie sie für die Berechnung der in der Fertigung gebundenen Fertigwarenkanbans verwendet wurde. Die tatsächliche Zeitdauer, die zwischen der Entnahme eines Loses und dem Eintreffen eines neuen Loses der gleichen Variante verstreicht, ist jedoch meist kürzer: In der Regel kann das letzte Arbeitssystem der Fertigung auf einen vorhandenen Bestand der Variante im Ausgangslager des vorletzten Arbeitssystems zugreifen. Es ist dann nur ein Arbeitsvorgang zu fertigen, bis das Los dem Fertigwarenlager zugeht. Es bietet sich deshalb an, die Plan-Wiederbeschaffungszeit in einer logistischen Positionierung des letzten Arbeitssystems festzulegen. Dazu sind der Plan-Bestand und die Plan-Übergangszeit zu bestimmen, die am Arbeitssystem erreicht werden sollen. Die Plan-Durchlaufzeit ergibt sich dann als Summe von Durchführungsund Plan-Übergangszeit. Das Vorgehen wird in Abschnitt 3.2.2.3 erläutert.

12.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Die hybride Kanban-Conwip-Steuerung kann als variantenspezifisches Verfahren in der unternehmensübergreifenden Fertigungssteuerung angewendet werden. Es dient dort vor allem dazu, Lieferanten einzubinden. Drei Varianten der Anwendung des Verfahrens zeigt Bild 12.4.

246

12 Hybride Kanban-Conwip-Steuerung

IFA 10.789

Bild 12.4 Unternehmensübergreifende Fertigungssteuerung mit der hybriden KanbanConwip-Steuerung

Die Varianten unterscheiden sich zum einen dadurch, ob Lieferant und Produzent getrennte (Varianten a und b) oder gemeinsame (Variante c) Fertigwarenkanbans verwenden. Zum anderen kann die Schnittstelle zwischen dem Rohmateriallager des Produzenten und dem letzten Arbeitssystem des Lieferanten über konventionelle Kanbans geregelt werden (Varianten a und c) oder ausschließlich über eine Reihenfolgeregel (Variante b). Betrachtet werde der Moment, in dem der Kunde eine Variante aus dem Fertigwarenlager entnimmt. In Variante a wird der Fertigwarenkanban des Produzenten zu dessen Rohmateriallager geleitet. Wenn Arbeitssystem 1 den nächsten Auftrag der Variante bearbeitet, wird das Rohmaterial entnommen. Der zugehörige Fertigwarenkanban des Lieferanten wird zum Rohmateriallager des Lieferanten transportiert, der konventionelle Kanban in die Kanban-Tafel des letzten Arbeitssystems des Lieferanten einsortiert. In Variante a kann das letzte Arbeitssystem des Lieferanten einen Auftrag nur bearbeiten, wenn ein konventioneller Kanban der Variante vorhanden ist. Dadurch kann auch das letzte Arbeitssystem des Lieferanten blockiert sein. Dies ist der Fall, wenn zwar Material vorhanden ist, aber ein konventioneller Kanban fehlt, der die Fertigung autorisieren würde. Für den Produzenten hat dies den Vorteil, dass ein größerer Teil des Bestandes beim Lieferanten gebunden ist. Die Kanbans geben dem letzten Arbeitssystem des Lieferanten zudem eine sinnvolle Bearbeitungsreihenfolge vor. In Variante b entfällt der konventionelle Kanban zwischen dem Lieferanten und dem Produzenten. Das letzte Arbeitssystem des Lieferanten kann dadurch jeden Auftrag bearbeiten. In der Tendenz wird der Bestand des Lieferanten abneh-

12.4 Unternehmensübergreifender Einsatz

247

men und der Rohmaterialbestand des Produzenten ansteigen. Mitentscheidend für den Erfolg dieser Variante ist die Reihenfolgeregel am letzten Arbeitssystem des Lieferanten (vgl. dazu auch die Diskussion des 5. Leitsatzes zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren). In Variante c wird der Fertigwarenkanban direkt vom Fertigwarenlager des Produzenten zum Rohmateriallager des Lieferanten transportiert. Die Schnittstelle zwischen dem letzten Arbeitssystem des Lieferanten und dem Rohmateriallager des Produzenten wird über konventionelle Kanbans gesteuert. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Nachfragen des Kunden unmittelbar an den Lieferanten übermittelt werden. Bei getrennten Fertigwarenkanbans wird diese Information teilweise verzögert übermittelt, z. B. wenn Material oder Kanban nicht verfügbar sind oder das erste Arbeitssystem des Produzenten zuerst Aufträge mit höherer Priorität nachfertigt. Schließlich wäre es in allen drei Varianten möglich, die Schnittstelle zwischen dem Ausgangslager des Lieferanten und dem Eingangslager des Produzenten über Transportkanbans zu steuern. Insgesamt erhält der Lieferant bei allen Varianten über die Fertigwarenkanbans eine schnellere und unverzerrtere Information über die Nachfrage des Endkunden als bei einem konventionellen Kanban-System. Im Toyota-Produktionssystem wird das Informationsdefizit der konventionellen Kanban-Steuerung durch eine sehr enge Kommunikation zwischen Toyota und den Lieferanten bei der Produktionsprogrammplanung ausgeglichen [Woma-91]. Ist die Zusammenarbeit zwischen Produzent und Lieferant weniger eng, können aus der verzögerten Information der Kanban-Steuerung Probleme entstehen.

13 Fortschrittszahlensteuerung

Die Produktionsplanung und -steuerung mit Fortschrittszahlen wird seit Jahrzehnten in der Automobilindustrie angewendet. Fortschrittszahlen synchronisieren dort die Produktion von Lieferanten mit der Automobilmontage. Einen der ersten und wichtigsten Fachaufsätze zum Verfahren, das von Praktikern entwickelt wurde, schrieb Heinemeyer am Institut für Fabrikanlagen der Universität Hannover [Hein-88, Hein-94]. Eine ausführliche Darstellung findet sich außerdem in [Wien97b]. Das Verfahren erhält derzeit Auftrieb aus der Diskussion um das Supply Chain Management. Es eignet sich gut dazu, die Produktionsprogrammplanung in Liefernetzwerken zu koordinieren. Die Fortschrittszahlensteuerung erfüllt wichtige, momentan lebhaft diskutierte Anforderungen an die PPS in Liefernetzwerken, wie z. B. die Möglichkeit einer zentralen und abgestimmten Absatzplanung. Es kann wesentlich zur Vermeidung bzw. zur Verringerung des Bullwhip-Effekts beitragen. Anwendungsbereich der Fortschrittszahlensteuerung ist die Wiederholfertigung. Insbesondere im Bereich der Fertigungssteuerung ist die Fortschrittszahlensteuerung jedoch bislang nicht algorithmisiert. Sie trifft keine Anweisungen, wann ein Auftrag aufzulegen oder zu fertigen ist. Dies hängt vielmehr von der Spezifizierung bzw. Ergänzung des Verfahrens durch den Anwender ab. Dadurch gewinnt die Fortschrittszahlensteuerung auf der einen Seite an Flexibilität: Fortschrittszahlen können sehr unterschiedliche Fertigungstypen koordinieren und sehr gut auch mit anderen Verfahren kombiniert werden. Andererseits erschwert es die Beurteilung: Die logistische Zielerreichung der Fertigungssteuerung mit Fortschrittszahlen wird wesentlich von der Ausgestaltung des Verfahrens beeinflusst. Der folgende Abschnitt beschreibt die Produktionsplanung und die Fertigungssteuerung mit Fortschrittszahlen (Abschn. 13.1). Für letztere wird das Verfahren um sog. Steuerungsfortschrittszahlen ergänzt. Diese überführen die Fortschrittszahlensteuerung in ein algorithmisiertes Auftragserzeugungsverfahren. Je nach Festlegung der Steuerungsfortschrittszahlen bildet das Verfahren unterschiedliche konventionelle Steuerungsverfahren ab. Es kann somit als generisches Fertigungssteuerungsverfahren begriffen werden. Die Verfahrensregeln werden im zweiten Abschnitt anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert. Abschnitt 13.3 ist der Festlegung der Plan-Fortschrittszahlen gewidmet. Wie die Fortschrittszahlensteuerung unternehmensübergreifend eingesetzt werden kann, ist Gegenstand von Abschnitt 13.4. Schließlich beschreibt Abschnitt 13.5 die Anwendung des Verfahrens.

250

13 Fortschrittszahlensteuerung

13.1 Verfahrensbeschreibung Die Verfahrensbeschreibung gliedert sich in fünf Abschnitte: • • • • •

Definition von Fortschrittszahlen (Abschn. 13.1.1) Programm- und Materialbedarfsplanung (Abschn. 13.1.2) Planung des Kapazitätsbedarfs (Abschn. 13.1.3) Fertigungssteuerung (Abschn. 13.1.4) Beispiel (Abschn. 13.1.5)

13.1.1 Definition von Fortschrittszahlen Die Fortschrittszahlensteuerung teilt eine Produktion oder eine Lieferkette in sog. Kontrollblöcke auf (Bild 13.1).1

IFA 10.899

Bild 13.1 Definition von Kontrollblöcken

Die Größe der Kontrollblöcke ist frei wählbar. Ein Kontrollblock kann ein einziges Arbeitssystem, ein Lager, eine Kostenstelle, eine Fertigung oder ein ganzes Unternehmen umfassen. Für jeden Kontrollblock wird für jede Variante der kumulierte Abgang in Mengeneinheiten (meist Stück) erfasst. Der kumulierte Abgang in Stück definiert die (Abgangs-)Fortschrittszahl des Kontrollblocks für eine Variante (Bild 13.2 a). Die Fortschrittszahl ist damit eine Zählnummer einer Variante in einem Kontrollblock. Sie entspricht zugleich der Zugangsfortschrittszahl des nächsten Kontrollblocks.

1

In der Abbildung sind sowohl die Kontrollblöcke als auch die Fortschrittszahlen in Materialflussrichtung aufsteigend nummeriert. Dies hat den Vorteil, dass die Indizes identisch sind, was die Formelnotation erleichtert. In der Literatur werden die Fortschrittszahlen dagegen – der Planungslogik folgend – häufig entgegen dem Materialfluss aufsteigend nummeriert.

13.1 Verfahrensbeschreibung

251

IFA 10.904b

Bild 13.2 Definition von Ist- und Plan-Fortschrittszahlen einer Variante

Die Differenz zwischen Zugangs- und Abgangsfortschrittszahl entspricht zu jedem Zeitpunkt dem Bestand der Variante im Kontrollblock. Es gilt:

Bi = FZ i − 1 − FZ i = FZZ i − FZ i mit

Bi FZi FZZi

Bestand (in Stück) Kontrollblock i [ME] Fortschrittszahl Kontrollblock i [ME] Zugangsfortschrittszahl Kontrollblock i [ME]

(13.1)

252

13 Fortschrittszahlensteuerung

Fortschrittszahlen ermöglichen so eine rechnerische Bestandsführung der Kontrollblöcke. Neben den Ist-Fortschrittszahlen werden Plan-Fortschrittszahlen verwendet, die den geplanten Abgangsverlauf einer Variante über der Zeit vorgeben. Diese Plan-Fortschrittszahlen verlaufen meist kontinuierlich (Bild 13.2 b); es werden keine Losgrößen berücksichtigt, um die Nachfrageinformationen so wenig wie möglich zu verzerren [Hein-88]. Dies hat zudem den Vorteil, dass die Losgrößen dezentral festgelegt werden können und sowohl innerhalb eines Kontrollblocks als auch zwischen Kontrollblöcken variieren können. 13.1.2 Produktionsprogramm- und Materialbedarfsplanung Ausgangspunkt der Produktionsprogrammplanung ist die Planung des Primärbedarfs für einen Referenzkontrollblock, auf den sich die Planung aller anderen Kontrollblöcke bezieht. Referenzkontrollblock kann z. B. das Fertigwarenlager oder die Endmontage sein. Die Plan-Fortschrittszahl einer Variante des Referenzkontrollblocks wird in Abhängigkeit von der tatsächlichen bzw. von der prognostizierten Nachfrage festgelegt. Dabei kann ein Unternehmen – wie im Abschnitt über die Produktionsprogrammplanung beschrieben – grundsätzlich eine Verfolgungsstrategie (Saisonalität der Nachfrage wird im Produktionsprogramm abgebildet) oder eine Nivellierungsstrategie mit konstanter Kapazitätsbelastung anwenden. In jedem Fall legt das Unternehmen den geplanten Abgangsverlauf der Varianten des Primärbedarfs in Form von Fortschrittszahlen fest. Diese bilden den Ausgangspunkt für die Planung des Produktionsprogramms in vorgelagerten Kontrollblöcken und für die Planung des Sekundärbedarfs. Produktionsprogramm in vorgelagerten Kontrollblöcken

Vorlaufverschiebung und Umlaufverschiebung sind zwei standardisierte Verfahren, um aus dem Plan-Fortschrittszahlenverlauf eines Referenzkontrollblocks die Plan-Fortschrittszahlen für die meist vorgelagerten abhängigen Kontrollblöcke abzuleiten. Vorlaufverschiebung: Die Vorlaufverschiebung verschiebt den Plan-Fortschrittszahlenverlauf des Referenzkontrollblocks um die Plan-Durchlaufzeit (den sog. Vorlauf) aus der Zukunft in Richtung Gegenwart, um den Plan-Fortschrittszahlenverlauf des abhängigen Kontrollblocks zu bestimmen (Bild 13.3 a). Sie führt damit zu variablen Plan-Beständen, falls die Bedarfsrate variiert (Bild 13.3 b). Der Plan-Bestand entspricht zu jedem Zeitpunkt dem vertikalen Abstand zwischen den Fortschrittszahlenverläufen. Es gilt:

FZ i , Plan (t − ZDLPlan ) = FZ Ref, Plan (t ) mit

FZi,Plan t ZDLPlan FZRef,Plan

Plan-Fortschrittszahl Kontrollblock i [ME] Zeitpunkt [BKT] Plan-Durchlaufzeit [BKT] Plan-Fortschrittszahl Referenzkontrollblock [ME]

(13.2)

13.1 Verfahrensbeschreibung

253

IFA 10.804b

Bild 13.3 Vorlaufverschiebung mit Fortschrittszahlen

Um die Plan-Fortschrittszahl des vorgelagerten Kontrollblocks i für die Gegenwart zu bestimmen, muss die zukünftige Plan-Fortschrittszahl des Referenzkontrollblocks (und damit letztlich die Nachfrage nach dem Enderzeugnis) für einen Zeitraum prognostiziert werden, der der Plan-Durchlaufzeit entspricht. Können die Plan-Fortschrittszahlen des Referenzkontrollblocks innerhalb der Plan-Durchlaufzeit nicht genau vorhergesagt werden, verursacht das Verfahren bei der Korrektur der Prognosen damit eine häufig sprunghafte Veränderung der Fortschrittszahlen der abhängigen Kontrollblöcke. Dies führt zu einer Verstärkung der Nachfrageschwankungen (vgl. dazu Kap. 6). Umlaufverschiebung: Die Umlaufverschiebung erhöht den Plan-Fortschrittszahlenverlauf des Referenzkontrollblocks um den Plan-Bestand, um die PlanFortschrittszahlen des abhängigen Kontrollblocks zu bestimmen (Bild 13.4 a). Die Umlaufverschiebung setzt damit konstante Plan-Bestände voraus. Variiert die Bedarfsrate, resultieren daraus variierende Plan-Durchlaufzeiten (Bild 13.4 b). Die Durchlaufzeit entspricht zu jedem Zeitpunkt dem horizontalen Abstand der Fortschrittszahlenverläufe.

254

13 Fortschrittszahlensteuerung

IFA 10.804c

Bild 13.4 Umlaufverschiebung mit Fortschrittszahlen

Für die Plan-Fortschrittszahl des abhängigen Kontrollblocks gilt bei einer Umlaufverschiebung:

FZ i , Plan (t ) = FZ Ref, Plan (t ) + BPlan mit

FZi,Plan FZRef,Plan BPlan

(13.3)

Plan-Fortschrittszahl Kontrollblock i [ME] Plan-Fortschrittszahl Referenzkontrollblock [ME] Plan-Bestand [ME]

Die Umlaufverschiebung erfordert damit keine Prognose des Plan-Fortschrittszahlenverlaufs des Referenzkontrollblocks. Andererseits muss das Unternehmen jedoch die Durchlaufzeiten der Varianten in den Kontrollblöcken bei Bedarfsratenschwankungen anpassen (können). Beim Auslauf einer Variante ist darauf zu achten, dass die Fortschrittszahlen der abhängigen Kontrollblöcke die insgesamt geplante Produktionsmenge nicht übertreffen. Diese ist vielmehr als Maximalwert zu hinterlegen. Andernfalls wird mehr als notwendig produziert.

13.1 Verfahrensbeschreibung

255

Planung des Sekundärbedarfs

Über die Verknüpfung der Fortschrittszahlen abhängiger Sachnummern ist es zudem möglich, Stücklistenbeziehungen zu berücksichtigen. Dazu werden die Fortschrittszahlen von Sachnummern des Sekundärbedarfs als Funktion der Fortschrittszahlen von Sachnummern des Primärbedarfs (bzw. bei mehrstufigen Stücklisten auch als Funktion übergeordneten Sekundärbedarfs) dargestellt. So können Änderungen des Primärbedarfs automatisch und direkt in einen geänderten Sekundärbedarf umgesetzt werden. Dabei kann wiederum zwischen einer Vorlaufverschiebung und einer Umlaufverschiebung differenziert werden. Beispielsweise kann für die Plan-Fortschrittszahl einer Welle, die in zwei verschiedenen Getrieben je zweimal verbaut wird, bei Anwendung der Umlaufverschiebung folgende Gleichung verwendet werden:

FZW , Plan = 2 ⋅ FZ G 1, Plan + UVG 1 + 2 ⋅ FZ G 2 , Plan + UVG 2 mit

FZW,Plan FZG1,Plan UVG1 FZG2,Plan UVG2

(13.4)

Plan-Fortschrittszahl Welle [ME] Plan-Fortschrittszahl Getriebe 1 [ME] Umlaufverschiebung zur Fortschrittszahl von Getriebe 1 [ME] Plan-Fortschrittszahl Getriebe 2 [ME] Umlaufverschiebung zur Fortschrittszahl von Getriebe 2 [ME]

13.1.3 Abschätzung des Kapazitätsbedarfs aus PlanFortschrittszahlen Aus den Plan-Fortschrittszahlen kann der Kapazitätsbedarf der Arbeitssysteme abgeschätzt werden. Dazu ist es erforderlich, die Plan-Fortschrittszahlen aller Varianten, die eine Ressource belasten, über die Einzelzeiten in einen Plan-Abgang dieser Ressource umzurechnen:

ABPlan , j =

AnzVar

∑ i =1

mit

ABPlan,j FZi,j tei,j AnzVar

FZ i , j ⋅ tei , j 60

(13.5)

Plan-Abgang Arbeitssystem j [Std] Plan-Fortschrittszahl der Variante i an Arbeitssystem j [ME] Einzelzeit von Variante i an Arbeitssystem j [min/ME] Anzahl Varianten [-]

Das Vorgehen ist exemplarisch in Bild 13.5 dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass der so berechnete Plan-Abgang keine Rüstzeiten enthält. Diese sind vielmehr gesondert zu berücksichtigen. Außerdem ist es erforderlich, für jedes Arbeitssystem eine Plan-Fortschrittszahl vorzugeben.

256

13 Fortschrittszahlensteuerung

IFA 10.927

Bild 13.5 Ableitung des Plan-Abgangs eines Arbeitssystems aus Plan-Fortschrittszahlen

13.1.4 Fertigungssteuerung mit Fortschrittszahlen Die Anwendungsmöglichkeiten der Fortschrittszahlen in der Fertigungsteuerung sind vielfältig. Im Folgenden werden in Anlehnung an Heinemeyer [Hein-88] drei Funktionen erläutert (Bild 13.6): Reichweitenermittlung (Bild 13.6 a): Aus dem Fortschrittszahlendiagramm kann ermittelt werden, wie lange es bei einem Produktionsausfall dauern würde, bis die Plan-Fortschrittszahl unterschritten würde.

13.1 Verfahrensbeschreibung

257

10.915

Bild 13.6 Anwendung von Fortschrittszahlen in der Fertigungssteuerung (Heinemeyer, zitiert nach Nyhuis)

Programmkontrolle (Bild 13.6 b): Es kann unmittelbar ermittelt werden, ob ein Kontrollblock den Plan-Fortschritt einer Variante erfüllt oder nicht. Dazu wird die Abweichung der Ist-Fortschrittszahl von der Plan-Fortschrittszahl berechnet (Rückstand). Diese Kennzahl kann für die gesamte Lieferkette erhoben und in einem Diagramm dargestellt werden. Es ist somit auch möglich, den bzw. die Verursacher von Lieferengpässen zu identifizieren. Nettobedarfsermittlung (Bild 13.6 c): Der Verantwortliche eines Kontrollblocks kann für jede Variante und für jeden Planungshorizont den (voraussichtlichen) Nettobedarf bestimmen. Dazu stellt er dem Plan-Abgang des (zukünftigen) Zeitpunkts t1 den Ist-Abgang zum Planungszeitpunkt t0 gegenüber. In der traditionellen Anwendung dienen die Fortschrittszahlen als Vorgaben für die Fertigungssteuerung. Die Steuerungsentscheidungen selbst werden jedoch dezentral getroffen. Im Folgenden wird das Verfahren so modifiziert, dass es auch einen Teil der Entscheidungen trifft. Dazu werden sog. Steuerungsfortschrittszahlen eingeführt. Sobald die Steuerungsfortschrittszahl die Ist-Fortschrittszahl einer Variante übertrifft, wird die Nachfertigung dieser Variante im Kontrollblock autorisiert. Oder umgekehrt formuliert: Ein Kontrollblock darf eine Variante nur fertigen, wenn die Steuerungsfortschrittszahl einer Variante größer ist als die IstFortschrittszahl. Die Steuerungsfortschrittszahl eilt der Ist-Fortschrittszahl damit um die Wiederbeschaffungszeit voraus. Mit dieser Konvention ist die Fortschrittszahlensteuerung in der Lage, die gängigen Verfahren der Auftragserzeugung bei Lagerfertigung abzubilden. Die abgebildeten Verfahren unterscheiden sich dann in den folgenden Aspekten. 1. Definition der Kontrollblöcke: Es müssen der Umfang und damit die Grenzen der Kontrollblöcke festgelegt werden. 2. Festlegung der Steuerungsfortschrittszahl: Die Festlegung der Steuerungsfortschrittszahl ist neben der Definition der Kontrollblöcke das wichtigste Merkmal eines Verfahrens zur Auftragserzeugung auf Basis der Fortschrittszahlensteuerung. In der Regel entspricht die Steuerungsfortschrittszahl des Fertigwarenlagers der kumulierten Nachfrage, so dass Nachfragen ab Lager bedient werden, wenn Bestand vorhanden ist. Die Steuerungsfortschrittszahlen von Produktionsprozessen werden meist mit der Nachfrage des Kunden oder mit der Ist-Fortschrittszahl nachgelagerter Kontrollblöcke verknüpft. Wie die Steu-

258

13 Fortschrittszahlensteuerung

erungsfortschrittszahlen festgelegt werden können, wird im Folgenden am Beispiel der Kanban-Steuerung und der Basestock-Steuerung dargestellt. Die Kanban-Steuerung legt die Steuerungsfortschrittszahl eines FertigungsKontrollblocks als Funktion der Ist-Fortschrittszahl des folgenden LagerKontrollblocks fest. Es gilt:

FZ i −1, Steuer = FZ i, Ist (t ) + AnzKan ⋅ BI mit

FZi-1,Steuer FZi,Ist AnzKan BI

(13.6)

Steuerungsfortschrittszahl Kontrollblock i-1 [ME] Ist-Fortschrittszahl Kontrollblock i [ME] Anzahl Kanbans [-] Behälterinhalt [ME]

Die (im nächsten Kapitel ausführlich erläuterte) Basestock-Steuerung bestimmt die Steuerungsfortschrittszahl als Funktion der Nachfrage des Endkunden:

FZ i , Steuer = NF + BSi mit

FZi,Steuer NF BSi

(13.7)

Steuerungsfortschrittszahl Kontrollblock i [ME] kumulierte Nachfrage des Endkunden [ME] Basestock des i-ten Kontrollblocks [ME]

3. Festlegung der Fertigungslosgröße: Die Fertigungslosgröße wird meist nicht vom Fertigungssteuerungsverfahren vorgegeben. Dennoch treffen viele Verfahren implizit Annahmen über die Fertigungslosgröße: So setzt die KanbanSteuerung voraus, dass die Losgröße ein Vielfaches des Behälterinhalts ist. 4. Festlegung der Bearbeitungsreihenfolge: Auch die Bearbeitungsreihenfolge wird von den Fertigungssteuerungsverfahren in der Regel nicht vorgegeben. 13.1.5 Beispiele Produktionsprogrammplanung und Fertigungssteuerung mit Fortschrittszahlen werden im Folgenden an zwei Beispielen erläutert. Betrachtet wird zunächst die Produktion eines Produkts P, das in den zwei Varianten P1 und P2 aus dem Fertigwarenlager an den Kunden geliefert wird (Bild 13.7). Das Fertigprodukt basiert auf den beiden Teilen T1 (Produktvariante P1) und T2 (Produktvariante P2) und auf Beschaffungsteilen BT, die hier nicht näher betrachtet werden. Die Teile T1 und T2 werden aus den Rohstoffen R1 bzw. R2 hergestellt. Die Produktion besteht aus der Fertigung der Teile mit den zwei Arbeitssystemen AS 1 und AS 2 und aus der Montage M. Die Montage fügt die Eigenfertigungsteile und die Beschaffungsteile zum Fertigprodukt zusammen. Ein Fertigwarenlager puffert die Montage gegenüber Nachfrageschwankungen ab. Des Weiteren existieren ein Rohstoff- und ein Teilelager.

13.1 Verfahrensbeschreibung

259

IFA 10.923

Bild 13.7 Produktstruktur und Materialfluss des Beispiels

Das Unternehmen unterscheidet drei Arten von Fortschrittszahlen: IstFortschrittszahlen bilden den tatsächlichen Abgang einer Variante ab (Bild 13.8 a). Programmfortschrittszahlen stellen das Produktionsprogramm dar, wie es in der letzten Planungsrunde festgelegt wurde. Das Produktionsprogramm wird jeweils für einen Zeitraum von vier Wochen erstellt, aber zweiwöchentlich aktualisiert. Es stellt den erwarteten Abgang dar und dient vornehmlich als Basis für die Produktionsplanung, z. B. um die Plan-Kapazitäten festzulegen. Die Programmfortschrittszahlen werden kontinuierlich dargestellt (Bild 13.8 b).

IFA 11.474

Bild 13.8 Darstellung von Ist-, Programm- und Plan-Fortschrittszahlen

260

13 Fortschrittszahlensteuerung

Sie werden für die Produkte auf Grundlage einer Prognose erzeugt. Aus diesen Referenzfortschrittszahlen berechnet das Unternehmen dann über eine Umlaufverschiebung die Programmfortschrittszahlen für die abhängigen Kontrollblocke. Die Programmfortschrittszahlen eignen sich nur sehr bedingt für die Fertigungssteuerung. In der Regel weicht die Kundennachfrage von der Prognose ab. Um schnell auf eine abweichende Kundennachfrage reagieren zu können, arbeitet das Unternehmen daher zusätzlich mit laufend aktualisierten Plan-Fortschrittszahlen. Diese Plan-Fortschrittszahlen (Bild 13.8 c) entsprechen im Fertigwarenlager der tatsächlichen kumulierten Kundennachfrage. Können – wie im Beispiel – alle Kundennachfragen termingerecht erfüllt werden, entsprechen sie den IstFortschrittszahlen. Anders als die Programmfortschrittszahlen werden Plan-Fortschrittszahlen in diesem Beispiel daher nicht kontinuierlich, sondern diskret dargestellt. Die Stufenhöhe entspricht den vom Kunden nachgefragten Mengen. Die Plan-Fortschrittszahlen weichen von den Programmfortschrittszahlen weiterhin ab, wenn sich die Kundennachfrage anders entwickelt als geplant. Die PlanFortschrittszahlen vorgelagerter Kontrollblöcke werden wie die Programmfortschrittszahlen über eine Umlaufverschiebung ermittelt und laufend aktualisiert. Sie informieren über die tatsächliche, aktuelle Kundennachfrage. Eine Kundennachfrage löst unmittelbar eine Vergrößerung der Plan-Fortschrittszahlen im Fertigwarenlager und – über die Umlaufverschiebung – auch an den Arbeitssystemen der Fertigung aus. Die Plan-Fortschrittszahlen dienen dem Unternehmen als Grundlage für Reihenfolgeentscheidungen und für Entscheidungen über kurzfristige Kapazitätsanpassungen. Das Unternehmen misst die Ist-Fortschrittszahlen der beiden Produktvarianten an sechs Kontrollpunkten im Materialfluss (vgl. Bild 13.7):

• • •

Abgang Rohmateriallager (FZ 0) Abgang Arbeitssystem 1 (FZ 1) Abgang Arbeitssystem 2 (FZ 2)

• • •

Abgang Komponentenlager (FZ 3) Abgang Montage (FZ 4) Abgang Fertigwarenlager (FZ 5)

Programm- und Plan-Fortschrittszahlen werden für die Fertigung (FZ 1 und FZ 2) sowie für die Montage (FZ 4) und das Fertigwarenlager vorgegeben (FZ 5). Bild 13.9 zeigt die Programmplanung mit Fortschrittszahlen für die Planperioden 3 und 4. Planungszeitpunkt ist das Ende von Planperiode 2. In den Planperioden 1 und 2 ist die Nachfrage nach Produkt P1 etwas geringer ausgefallen als ursprünglich geplant. Der prognostizierte Absatz für Produkt 2 konnte dagegen übertroffen werden. Die Abweichungen können aus den Diagrammen für die Fortschrittszahl 5 für Produkt 1 bzw. Produkt 2 abgelesen werden. Die neue Produktionsprogrammplanung setzt auf den aktuellen Plan-Fortschrittszahlen auf. D. h. die Prognosefehler werden in jeder Planungsrunde korrigiert, wodurch die Programmfortschrittszahlen in der Regel unstetig verlaufen (vgl. wiederum die Diagramme für die Fortschrittszahl 5 der Produkte). Für Produkt 1 wird mit einem Absatz von 80 ME/Woche gerechnet, für Produkt 2 mit einem Absatz von 60 ME/Woche. Dadurch ergibt sich zu Ende von Periode 4 eine Programmfortschrittszahl FZ 5 von 340 ME für Produkt 1 und von 230 ME von Produkt 2.

13.1 Verfahrensbeschreibung

261

IFA 10.929

Bild 13.9 Produktionsprogrammplanung mit Fortschrittszahlen

Das Unternehmen berechnet die Programmfortschrittszahlen der vorgelagerten Kontrollblöcke über eine Umlaufverschiebung. Es erhöht die Programmfortschrittszahlen des Fertigwarenlagers von Produkt P1 um 100 ME (bzw. 200 und 300 ME), um die Programmfortschrittszahlen der Montage (bzw. von Arbeitssystem 2 und 1) zu berechnen. Die entsprechenden Umlaufverschiebungen von Pro-

262

13 Fortschrittszahlensteuerung

dukt P2 betragen 50 ME (Montage), 100 ME (Arbeitssystem 2) und 150 ME (Arbeitssystem 1). Die anschließende Fertigungssteuerung mit Fortschrittszahlen verdeutlicht Bild 13.10.

IFA 10.934

Bild 13.10 Fertigungssteuerung mit Fortschrittszahlen (1)

Kurz nach der Fertigstellung des neuen Produktionsprogramms schließt Arbeitssystem 2 die Bearbeitung des Auftrags der Komponente 2 ab (Schritt 1 in Bild 13.10 a). Dadurch erhöht sich die Ist-Fortschrittszahl 2 am Arbeitssystem (Schritte 2 und 3) auf 200 ME. Der Mitarbeiter überlegt nun, welche Komponente er als nächstes fertigen soll. Da das Arbeitssystem für Komponente 2 um 10 ME im Rückstand ist (Plan-Fortschrittszahl 2 = 210 ME), fertigt es einen weiteren Auftrag von Komponente 2 nach (Schritt 4).

13.1 Verfahrensbeschreibung

263

IFA 10.935

Bild 13.10 Fertigungssteuerung mit Fortschrittszahlen (2)

Kurze Zeit später fragt ein Kunde 30 ME von Produkt 1 nach (Schritt 1 in Bild 13.10 b). Dadurch erhöhen sich die Ist- und die Plan-Fortschrittszahl des Fertigwarenlagers (Schritte 2 und 3) sowie die Plan-Fortschrittszahlen der Montage und der beiden Arbeitssysteme der Fertigung um jeweils 30 ME (Schritte 4 bis 6).

264

13 Fortschrittszahlensteuerung

Die Fortschrittszahlen beeinflussen die Fertigungssteuerung des Unternehmens damit ausschließlich durch die Information, die sie vermitteln. Sie lösen jedoch keine Steuerungsentscheidungen aus. Dies ändert sich grundlegend, wenn Steuerungsfortschrittszahlen verwendet werden. Ihre Handhabung wird an einem zweiten Beispiel erläutert. Betrachtet wird eine Fertigung mit drei Arbeitssystemen und zwei Varianten. Ist- und Steuerungsfortschrittszahlen werden für die Arbeitssysteme und für das Fertigwarenlager geführt (Bild 13.11). Das Unternehmen gibt für die Fertigungssteuerung die folgenden Regeln vor: 1. Die Steuerungsfortschrittszahl des Fertigwarenlagers entspricht der kumulierten Nachfrage der Variante. Dies ist eine übliche Vereinbarung, nach der alle Kundennachfragen sofort aus dem Lager bedient werden, wenn Bestand vorhanden ist. 2. Die Steuerungsfortschrittszahl des letzten Arbeitssystems berechnet sich als Summe der Steuerungsfortschrittszahl des Fertigwarenlagers und einer vom Unternehmen festgelegten Umlaufverschiebung von 50 ME. Das letzte Arbeitssystem orientiert sich damit an der Kundennachfrage. Die Umlaufverschiebung regelt den Bestand im Fertigwarenlager. 3. Die Steuerungsfortschrittszahlen der Arbeitssysteme 1 und 2 entsprechen der Ist-Fortschrittszahl des letzten Arbeitssystems zuzüglich einer Umlaufverschiebung von 50 ME (Arbeitssystem 2) bzw. 100 ME (Arbeitssystem 1). Diese Kopplung an den Abgang des letzten Arbeitssystems begrenzt den Bestand in der Fertigung. 4. Die Varianten werden in Fertigungslosen von 25 ME gefertigt. Dies vereinfacht die Umsetzung einer Produktionslogistik mit Standardbehältern. Prinzipiell ist die Fortschrittszahlensteuerung auf vorgegebene oder konstante Losgrößen jedoch nicht angewiesen. 5. Kann ein Arbeitssystem oder die Montage mehrere Varianten nachfertigen, wählt es die Variante mit dem größeren Rückstand der Ist-Fortschrittszahl gegenüber der Steuerungsfortschrittszahl aus. Es gibt noch viele weitere Möglichkeiten, die Steuerungsfortschrittszahlen festzulegen. Bei einem eindeutig definierten Engpassarbeitssystem ist es z. B. möglich, die Fortschrittszahl des Engpasses als Referenz für die übrigen Arbeitssysteme zu verwenden. Das aus den hier beschriebenen Regeln resultierende Fertigungssteuerungsverfahren hat die folgenden Vorteile:

• • •

Es begrenzt den Bestand der Varianten in der Fertigung. Es regelt den Bestand der Varianten im Fertigwarenlager. Bedarfsinformationen werden vergleichsweise schnell und unverzerrt an vorgelagerte Kontrollblöcke weitergeleitet (Entkopplung lediglich durch das Fertigwarenlager).

13.1 Verfahrensbeschreibung

265

IFA 10.922

Bild 13.11 Fertigungssteuerung mit Steuerungsfortschrittszahlen

In der Ausgangssituation (Bild 13.11 a) ist das Fertigwarenlager für beide Varianten gefüllt. Die Steuerungsfortschrittszahl überschreitet für keine der Varianten die Ist-Fortschrittszahl, so dass Arbeitssystem 3 blockiert ist. Die Arbeitssysteme 1 und 2 bearbeiten ein Los mit je 25 ME der Variante B (Arbeitssystem 1) bzw. der Variante A (Arbeitssystem 2).

266

13 Fortschrittszahlensteuerung

Wenn der Kunde fünf Mengeneinheiten der Variante B nachfragt (Bild 13.11 b), erhöht sich die Steuerungsfortschrittszahl des Fertigwarenlagers (Schritt 1) und das Unternehmen liefert die entsprechende Menge an den Kunden aus (Schritt 2). Dadurch erhöht sich die Ist-Fortschrittszahl der Variante (Schritt 3). Die Erhöhung der Steuerungsfortschrittszahl löst eine entsprechende Erhöhung der Steuerungsfortschrittszahl von Arbeitssystem 3 aus (Schritt 4). Diese überschreitet dadurch die Ist-Fortschrittszahl und löst die Blockade von Arbeitssystem 3 auf, das nunmehr die Variante B nachfertigt (Schritt 5). In der Folge fragt der Kunde weitere Einheiten der Varianten A und B nach. Die entsprechenden Liefervorgänge und die resultierenden Veränderungen der Ist- und Steuerungsfortschrittszahlen werden jedoch im weiteren Verlauf des Beispiels nicht mehr im Detail dargestellt. Einige Zeit später schließt Arbeitssystem 2 die Bearbeitung des Loses von Variante A ab und führt das Los seinem Ausgangslager zu (Schritt 1 in Bild 13.11 c). Dadurch erhöht sich die Ist-Fortschrittszahl der Variante an Arbeitssystem 2 auf 150 ME (Schritt 2). Arbeitssystem 2 kann keine der Varianten nachfertigen, da die Steuerungsfortschrittszahlen die Ist-Fortschrittszahlen nicht überschreiten. Als nächstes schließt Arbeitssystem 3 die Bearbeitung von Variante B ab (Schritt 1 in Bild 13.11 d). Die Ist-Fortschrittszahl der Variante erhöht sich dadurch auf 125 Mengeneinheiten (Schritt 2). Dies löst sofort die Erhöhung der Steuerungsfortschrittszahlen der Variante an den Arbeitssystemen 1 und 2 aus (Schritte 3 und 4). Arbeitssystem 3 fertigt Variante A nach (Schritt 5). Arbeitssystem 2 kann mit der Nachfertigung von Variante B beginnen (Schritt 6), da die Blockade des Arbeitssystems durch die Erhöhung der Steuerungsfortschrittszahl aufgehoben wird.

13.2 Diskussion der Verfahrensregeln Wesentliches Merkmal der Fortschrittszahlensteuerung ist die schnelle und direkte Kommunikation von Nachfrageinformationen an die Produktionsstufen.

1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Die Fortschrittszahlensteuerung kann bei einer Umlaufverschiebung den Bestand von Varianten in den Kontrollblöcken regeln. Insbesondere bei wenigen Varianten begrenzt dies auch den Bestand im Kontrollblock. Den Bestand in Fertigungsstunden kann die Fortschrittszahlensteuerung jedoch nicht regeln. Dies ist nur mit Hilfe von Auftragsfreigabeverfahren möglich. 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Die Fortschrittszahlensteuerung eignet sich nur bedingt dazu, Bestandsschwankungen in der Fertigung zu vermeiden. Insbesondere bei vielen Varianten und bei großen Kontrollblöcken kann der Bestand an den Arbeitssystemen der Fertigung ggf. auch stärker schwanken.

13.2 Diskussion der Verfahrensregeln

267

3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Die Fertigungssteuerung mit Steuerungsfortschrittszahlen blockiert die Bestände im Eingangslager eines Kontrollblocks, deren Ist-Fortschrittszahl im Ausgang des Kontrollblock die Steuerungsfortschrittszahl erreicht oder überschreitet. Damit ähnelt sie bezüglich der blockierten Bestände der Kanban-Steuerung oder dem Bestellbestandsverfahren. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Die Fortschrittszahlensteuerung trägt grundsätzlich nicht aktiv zu einem Belastungsabgleich bei. Die Plan-Fortschrittszahlen der Varianten sollten jedoch die Kapazitäten der Arbeitssysteme berücksichtigen. 5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Die Fortschrittszahlensteuerung verursacht keine Reihenfolgevertauschungen, die die Liefertreue der Fertigung beeinträchtigen würden. 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Planabweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Die Fortschrittszahlensteuerung visualisiert den Rückstand zwischen den Ist- und den Plan-Fortschrittszahlen der Varianten. Diese variantenspezifischen Rückstände können auch in arbeitssystemspezifische Rückstände und damit in Vorgabestunden umgerechnet werden (vgl. dazu Kap. 26). Die Fortschrittszahlensteuerung vereinfacht damit die Messung von Rückständen. Sie trifft jedoch keine Entscheidungen über Kapazitätsanpassungen und ist daher um eine Rückstandsregelung zu ergänzen. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Die Fortschrittszahlensteuerung berücksichtigt das Engpassprinzip nicht. Engpassarbeitssysteme können jedoch bei der Festlegung der Plan-Fortschrittszahlen gesondert berücksichtigt werden (vgl. dazu die Ausführungen zur KanbanSteuerung, Abschn. 9.3). 8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Ein wesentlicher Vorteil des Fortschrittszahlenprinzips ist seine Einfachheit. 9.

Verfahren der Auftragserzeugung sollten Nachfrageinformationen möglichst schnell und unverzerrt kommunizieren. Die Fortschrittszahlensteuerung kommuniziert Nachfrageinformationen schnell und, wenn eine Umlaufverschiebung angewendet wird, ohne Verzerrungen. Sie erreicht dies zum einen durch den Verzicht auf Losgrößeninformationen bei PlanFortschrittszahlen. Zum anderen übermittelt sie die Informationen zeitgleich an alle Produktionsstufen.

268

13 Fortschrittszahlensteuerung

Bei einer Vorlaufverschiebung (Vorgabe konstanter Plan-Durchlaufzeiten) verstärkt die Fortschrittszahlensteuerung ggf. Nachfrageschwankungen (vgl. dazu Kap. 6). Falls möglich, ist daher eine Umlaufverschiebung vorzuziehen. Sind die Durchlaufzeiten aus zwingenden Gründen konstant, lassen sich Bestandsschwankungen bei schwankender Nachfrage nicht vermeiden. Entsprechend lässt sich auch eine Verstärkung der Nachfrageschwankungen nicht verhindern. Eine Vorlaufverschiebung hat dann gegenüber einer Umlaufverschiebung den Vorteil, die Realität besser abzubilden.

13.3 Festlegung der Verfahrensparameter Allgemein gültige und exakte Vorgaben zur Festlegung der Fortschrittszahlen können kaum getroffen werden. Das Vorgehen hängt vielmehr von der Spezifizierung des Verfahrens ab und insbesondere von der Definition der Kontrollblöcke. Generell ist bei der Umlaufverschiebung ein Plan-Bestand zu bestimmen und bei der Vorlaufverschiebung eine Plan-Durchlaufzeit. Beide Größen sind über Little´s Law miteinander verknüpft und können daher einfach ineinander überführt werden. Bei einer Umlaufverschiebung gilt für die Plan-Fortschrittszahl eines Kontrollblocks:

FZ j , Plan = FZ R , Plan +

R

∑B

(13.8)

i , Plan

i = j +1

mit

FZj,Plan FZR,Plan Bi,Plan

Plan-Fortschrittszahl Kontrollblock j [ME] Plan-Fortschrittszahl des Referenzkontrollblocks [ME] Plan-Bestand (in Stück) Kontrollblock i [ME] Index des Referenzkontrollblocks [-]

R

Entsprechend gilt für eine Vorlaufverschiebung: ⎛

FZ j ,Plan ⎜⎜ t − ⎝

mit

R

⎞

∑ ZDL ⎟⎟ = FZ i

i = j +1

⎠

R, Plan

(t )

(13.9)

FZj,Plan Plan-Fortschrittszahl Kontrollblock j [ME] t Zeitpunkt [BKT] Durchlaufzeit Kontrollblock i [BKT] ZDLi FZRef,Plan Plan-Fortschrittszahl des Referenzkontrollblocks [ME] R Index des Referenzkontrollblocks [-]

Plan-Bestand und Plan-Durchlaufzeit können mit Hilfe einer logistischen Positionierung bestimmt werden. Diese wird in Lagerprozessen mit Hilfe von Lagerkennlinien (Abschn. 3.1.3), in Produktionsprozessen anhand von Produktionskennlinien durchgeführt (Abschn. 3.2.2).

13.3 Festlegung der Verfahrensparameter

269

Enthält ein Kontrollblock mehrere (gleichartige oder verschiedene) Prozesse, sind die Plan-Durchlaufzeiten bzw. Plan-Bestände der Prozesse zu addieren, um die entsprechende Planungsgröße des Kontrollblocks zu berechnen. Dies sei an einem Beispiel erläutert. Der Kontrollblock einer Variante umfasse ein Lager und drei Arbeitssysteme (Bild 13.12).

IFA 10.933

Bild 13.12 Festlegung der Fortschrittszahlen in einem Kontrollblock

Am ersten Arbeitssystem ist keine (physische) Warteschlange zu berücksichtigen, da es das Material direkt aus dem Lager entnimmt. Es sind damit logistische Positionierungen für das Lager und für die Arbeitssysteme 2 und 3 der Fertigung durchzuführen. In diesem Beispiel nimmt das Unternehmen geringe Auslastungsbzw. Servicegradverluste in Kauf. Für die Berechnung der Plan-Fortschrittszahlen sind der Plan-Bestand des Lagers und die Plan-Übergangszeiten der Arbeitssysteme 2 und 3 von Bedeutung (Tabelle 13.1). Tabelle 13.1 Planwerte des Kontrollblocks Planungsobjekt

Planungsgröße

Lager Arbeitssystem 2 Arbeitssystem 3

Plan-Bestand Plan-Übergangszeit Plan-Übergangszeit

Planwert 400 ME 1,5 BKT 1,0 BKT

Der Plan-Bestand einer Variante k an einem Arbeitssystem j berechnet sich zu:

270

13 Fortschrittszahlensteuerung

(

)

B Plan , j , k = ZDF j , k + ZUE j , Plan ⋅ BRm , Plan , k mit

BPlan,j,k ZDFj,k ZUEj,Plan BRm,Plan,k

(13.10)

Plan-Bestand der Variante k an Arbeitssystem j [ME] Durchführungszeit der Variante k an Arbeitssystem j [BKT] Plan-Übergangszeit Arbeitssystem j [BKT] mittlere Plan-Bedarfsrate der Variante k [ME/BKT]

Bei einer Durchführungszeit von 0,3 BKT und einer prognostizierten Bedarfsrate von 100 ME/BKT ergibt sich damit für Arbeitssystem 2 ein Plan-Bestand von 180 ME. Auf die gleiche Weise lässt sich für Arbeitssystem 3 bei einer Durchführungszeit von 0,2 BKT ein Plan-Bestand von 120 ME ableiten. Für Arbeitssystem 1 entfällt die Plan-Übergangszeit (keine Warteschlange), so dass sich der PlanBestand allein aus der Durchführungszeit und der Leistung ergibt. Sind die PlanBestände der Planungsobjekte bestimmt, berechnet sich der Plan-Bestand des Kontrollblocks durch einfache Addition (Tabelle 13.2). Tabelle 13.2 Plan-Bestände und Plan-Durchlaufzeiten im Kontrollblock (Beispiel) Planungsobjekt

Plan-Bestand [ME]

Plan-Durchlaufzeit [BKT]

Lager Arbeitssystem 1 Arbeitssystem 2 Arbeitssystem 3

400 40 180 120

4,0 0,4 1,8 1,2

Kontrollblock

740

7,4

Die Steuerungsfortschrittszahlen werden auf Grundlage der Plan-Fortschrittszahlen festgelegt. Für ihre Berechnung ist die Wiederbeschaffungszeit von der Auftragserzeugung (bei Überschreiten der Ist-Fortschrittszahl) bis zur Fertigstellung des Auftrags zu berücksichtigen. Dies kann wiederum in Form einer Umlaufverschiebung oder einer Vorlaufverschiebung geschehen. Für die Umlaufverschiebung gilt:

FZ i , Steuer = FZ i , Plan + UVWBZ mit

FZi,Steuer FZi,Plan UVWBZ

(13.11)

Steuerungsfortschrittszahl Kontrollblock i [ME] Plan-Fortschrittszahl Kontrollblock i [ME] Umlaufverschiebung für Wiederbeschaffungszeit [ME]

Bei einer Vorlaufverschiebung berechnet sich die Steuerungsfortschrittszahl eines Kontrollblocks zu:

FZ i , Steuer (t − WBZ Plan , i ) = FZ i , Plan (t ) mit

FZi,Steuer t WBZPlan,i FZi,Plan

Steuerungsfortschrittszahl Kontrollblock i [ME] Zeitpunkt [BKT] Plan-Wiederbeschaffungszeit Kontrollblock i [BKT] Plan-Fortschrittszahl Kontrollblock i [ME]

(13.12)

13.5 Anwendung

271

13.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Die Fortschrittszahlensteuerung eignet sich gut dazu, die Produktion unternehmensübergreifend zu koordinieren. Diese Möglichkeit wird vor allem in der Automobilindustrie genutzt, um die Lieferanten einzubinden. Der unternehmensübergreifende Einsatz unterscheidet sich nicht grundsätzlich von der unternehmensinternen Anwendung. In der Regel erhält jedoch der Transport ein höheres Gewicht, und es ist ein unternehmensübergreifendes Informationssystem zu installieren. Es können zwei grundsätzlich unterschiedliche Integrationsstufen unterschieden werden.

1. Übermittlung von Plan-Fortschrittszahlen: Beschränkt sich der Datentransfer zwischen den Unternehmen auf die Übermittlung von Plan-Fortschrittszahlen (meist vom Produzenten an den Lieferanten), zielt die Anwendung der Fortschrittszahlensteuerung vornehmlich auf die Koordination der Produktionsprogramme in der Lieferkette. Die Anforderungen an das Informationssystem sind relativ gering. Die Mehrzahl der derzeitigen unternehmensübergreifenden Anwendungen der Fortschrittszahlensteuerung dürfte sich auf diese Integrationsstufe beschränken. 2. Austausch von Plan- und Ist-Fortschrittszahlen: Tauschen die Unternehmen Plan- und Ist-Fortschrittszahlen (wenn möglich in Echtzeit) aus, können die Fortschrittszahlen zusätzlich zum Controlling und sogar zur unternehmensübergreifenden Fertigungssteuerung eingesetzt werden. Ein derartiges Konzept stellt höhere Anforderungen an das Informationssystem. Es bietet dafür aber auch ein größeres logistisches Potenzial.

13.5 Anwendung Die Fortschrittszahlensteuerung eignet sich dazu, die Produktionsprogramme über mehrere Erzeugnisstufen hinweg abgestimmt zu planen. Sie bietet sich damit insbesondere für die viel diskutierte Koordination der Materialflüsse in Lieferketten an. Besonders übersichtlich ist sie bei einer begrenzten Variantenvielfalt und bei einer hohen mittleren Bedarfsrate. Wie alle anderen Auftragserzeugungsverfahren profitiert auch die Fortschrittszahlensteuerung von einer niedrigen Schwankung der Bedarfsrate. Entscheidender ist jedoch, dass sie die Bedarfsratenschwankungen abhängiger Bedarfe – bei geeigneter Festlegung der Verfahrensparameter – begrenzen kann. Es können auch Produkte mit hohem Wert mit Fortschrittszahlen gesteuert werden. Noch mehr als bei anderen Verfahren entscheidet die Festlegung der Verfahrensparameter über den Erfolg einer Anwendung, weil sie die Charakteristik der resultierenden Fertigungssteuerung bestimmt. Zum einen betrifft dies die Berechnung abhängiger Bedarfe (Umlaufverschiebung versus Vorlaufverschiebung). Zum anderen ist der Grad der Automatisierung der Entscheidungen zu bestimmen. Bei der Vergabe von Steuerungsfortschrittszahlen erzeugt das Verfahren Aufträge. Andernfalls dient es – als mehr oder weniger verbindliche – Orientierung für dezentrale Entscheidungen.

272

13 Fortschrittszahlensteuerung

Meyer und Schefenacker beschreiben die Erfahrungen mit einem EDVgestützten Fortschrittszahlensystem in der Automobilindustrie [Meye-83]. Daimler-Chrysler verfügt über weitreichende Erfahrungen mit dem Verfahren [Hein86].

14 Basestock

Die Verfahrensregeln der Basestock-Steuerung wurden bereits 1955 von Kimball veröffentlicht (siehe [Kimb-88] für einen Nachdruck, sowie [Grav-88] als alternative Quelle). Sie ist damit eines der ältesten Fertigungssteuerungsverfahren überhaupt. Grundidee des Verfahrens ist es, jede Nachfrage des Endkunden unmittelbar an alle Arbeitssysteme der Fertigung weiterzuleiten. Das entsprechende Nachfragesignal autorisiert die Nachfertigung der nachgefragten Variante. Für jedes Arbeitssystem wird für jede Variante ein sog. Basestock (Grundbestand) definiert, um den die kumulierte Produktion der Variante die kumulierte Kundennachfrage übertreffen soll. Bei konstanten Basestocks vermeidet das Verfahren die Verstärkung von Nachfrageschwankungen (Bullwhip-Effekt). Es eignet sich daher auch für die Koordination von Lieferketten. Nachteilig ist der mögliche Bestandsaufbau, der aus einem Fertigungsrückstand resultieren kann. Im Folgenden werden zunächst die Verfahrensregeln der Basestock-Steuerung erläutert (Abschn. 14.1) und dann anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert (Abschn. 14.2). Wie die Verfahrensparameter – insbesondere der Basestock – festgelegt werden können, ist Gegenstand von Abschnitt 14.3. Der unternehmensübergreifende Einsatz und die Anwendung der Basestock-Steuerung werden in den Abschnitten 14.4 und 14.5 diskutiert.

14.1 Verfahrensbeschreibung Bild 14.1 zeigt das Prinzip der Basestock-Steuerung: Jede Nachfrage des Kunden wird unmittelbar an die Arbeitssysteme der Fertigung weitergeleitet und autorisiert die Nachfertigung der entsprechenden Variante. An den Arbeitssystemen der Fertigung werden variantenspezifische Lager vorgehalten. Wie bei der Kanban-Steuerung oder dem Fortschrittszahlenprinzip muss nicht zwingend jedes Arbeitssystem der Fertigung in die Basestock-Steuerung einbezogen werden. Es ist vielmehr auch möglich, mehrere Arbeitssysteme zu einem Kontrollblock zusammenzufassen (Bild 13.1). Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn mehrere Arbeitssysteme eine Fertigungsinsel bilden.

274

14 Basestock

IFA 10.869

Bild 14.1 Prinzip der Basestock-Steuerung

Die Basestock-Steuerung lässt sich einfach mit Hilfe von Fortschrittszahlen erklären (Bild 14.2 sowie Kap. 13 zur Fortschrittszahlensteuerung).

IFA 10.807

Bild 14.2 Definition der Steuerungsfortschrittszahlen bei der Basestock-Steuerung

Die Steuerungsfortschrittszahl des Fertigwarenlagers entspricht bei der Basestock-Steuerung definitionsgemäß der kumulierten Nachfrage des bzw. der Kunden:

14.1 Verfahrensbeschreibung

275

T

FZ Steuer , FWL (T ) = ∑ NF (t )

(14.1)

t =1

mit

FZSteuer,FWL NF(t) T

Steuerungsfortschrittszahl Fertigwarenlager [ME] Nachfrage an Betriebskalendertag t [ME] Betrachtungszeitpunkt [BKT]

Die Steuerungsfortschrittszahlen an den Arbeitssystemen der Fertigung ergeben sich aus der Steuerungsfortschrittszahl des Fertigwarenlagers zuzüglich des Basestocks:

FZ Steuer , j , k = FZ Steuer , FWL , k + BS j , k mit

FZSteuer,j,k FZSteuer,FWL,k BSj,k

(14.2)

Steuerungsfortschrittszahl Arbeitssystem j für Variante k [ME] Steuerungsfortschrittszahl Fertigwarenlager für Variante k [ME] Basestock für Variante k an Arbeitssystem j [ME]

Die Basestock-Steuerung kann mit dieser Definition der Steuerungsfortschrittszahlen sehr einfach beschrieben werden. 1. Das Fertigwarenlager erfüllt eine Nachfrage, wenn Lagerbestand vorhanden ist. 2. Ein Arbeitssystem darf eine Variante fertigen, wenn die Ist-Fortschrittszahl kleiner ist als die Steuerungsfortschrittszahl. 3. Darf ein Arbeitssystem mehrere Varianten fertigen, wählt es die Variante mit der höchsten Priorität aus. Dazu können unterschiedliche Prioritätsregeln angewendet werden (vgl. Kapitel 25). Die Verfahrensregeln der Basestock-Steuerung werden nachfolgend an einem Beispiel erläutert (Bild 14.3). Betrachtet wird eine Fertigung mit zwei Arbeitssystemen und zwei Varianten. Die Fertigungslosgröße betrage für beide Varianten an beiden Arbeitssystemen 50 ME. Der Kunde frage die Varianten in Nachfragelosgrößen von 10 ME nach. Sobald ein Fertigungslos dem Lager zugeht, wird es in fünf Nachfragelose aufgeteilt. Für jedes Arbeitssystem und für das Fertigwarenlager werden die Steuerungs- und die Ist-Fortschrittszahlen der Varianten auf Tafeln angezeigt. Der Basestock an Arbeitssystem 1 beträgt für beide Varianten 150 ME, der am zweiten Arbeitssystem 50 ME. In der Ausgangssituation (Bild 14.3 a) liegen 50 ME von Variante A im Fertigwarenlager. Von Variante B ist kein Lagerbestand vorhanden, so dass eine Kundennachfrage momentan nicht bedient werden könnte. Das Fertigwarenlager ist aber nicht im Rückstand, da Ist- und Steuerungs-Fortschrittszahl übereinstimmen. Arbeitssystem 2 bearbeitet einen Auftrag der Variante B, der das Fertigwarenlager bei Fertigstellung wieder auffüllen wird. Arbeitssystem 1 ist blockiert: Weder für Variante A noch für Variante B übertrifft die Steuerungsfortschrittszahl die Ist-Fortschrittszahl. Das Arbeitssystem darf daher keinen Auftrag bearbeiten.

276

14 Basestock

Fragt der Kunde 10 ME der Variante A nach (Bild 14.3 b), wird die Variante an den Kunden geliefert (Schritt 1) und die Ist-Fortschrittszahl und die Steuerungsfortschrittszahl werden erhöht (Schritt 2).

IFA 10.795C

Bild 14.3 Funktionsweise der Basestock-Steuerung

14.2 Diskussion der Verfahrensregeln

277

Die Nachfrage bewirkt zudem unmittelbar eine Erhöhung der Steuerungsfortschrittszahlen der Arbeitssysteme 1 und 2 (Schritte 3 und 4). An beiden Arbeitssystemen wird dadurch die Ist-Fortschrittszahl überschritten und die Nachfertigung eines Fertigungsloses der Variante A autorisiert. Da Arbeitssystem 2 bereits einen Auftrag bearbeitet, beginnt lediglich Arbeitssystem 1 mit der Fertigung von Variante A (Schritt 5). Es sei angemerkt, dass die Ist-Fortschrittszahl die Steuerungsfortschrittszahl überschreiten kann. Dies ist für Arbeitssystem 1 der Fall, wenn es den Auftrag fertig stellt, bevor der Kunde 40 weitere Mengeneinheiten der Variante nachgefragt hat. Als nächstes fragt der Kunde die Variante B nach (Schritt 1 in Bild 14.3 c). Die Nachfrage kann nicht direkt befriedigt werden, da immer noch kein Lagerbestand der Variante vorrätig ist. Die Nachfrage erhöht jedoch die Steuerungsfortschrittszahlen im Fertigwarenlager und an den Arbeitssystemen (Schritte 2 bis 4). An Arbeitssystem 1 wird dadurch die Ist-Fortschrittszahl der Variante überschritten und ihre Nachfertigung autorisiert. Das Arbeitssystem ist zu diesem Zeitpunkt jedoch bereits belegt, so dass die Variante noch nicht aufgelegt wird. Wenn Arbeitssystem 2 den Auftrag für Variante B abschließt (Bild 14.3 d), geht das Material dem Fertigwarenlager zu (Schritt 1) und die Ist-Fortschrittszahl erhöht sich um die Fertigungslosgröße (Schritt 2). Da das Fertigwarenlager im Rückstand ist, wird die noch offene Nachfrage des Kunden nach Variante B befriedigt (Schritt 3) und die Ist-Fortschrittszahl des Fertigwarenlagers entsprechend erhöht (Schritt 4). Für beide Varianten unterschreitet die Ist-Fortschrittszahl von Arbeitssystem 2 die Steuerungsfortschrittszahl. Das Arbeitssystem darf also beide Varianten fertigen. Es wählt die Variante mit der höheren Priorität1 aus und beginnt mit der Bearbeitung (Schritt 5).

14.2 Diskussion der Verfahrensregeln Drei Eigenschaften kennzeichnen die Basestock-Steuerung: die unmittelbare Übertragung der Nachfragen an alle Arbeitssysteme der Fertigung, die fehlende Bestandsregelung und die variantenspezifischen Bestandspuffer. Die Verfahrensregeln der Basestock-Steuerung werden nachfolgend anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert. 1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Die Basestock-Steuerung bietet schlechte Voraussetzungen, um den Bestand einer Fertigung zu regeln. Einerseits nimmt der Fertigungsbestand aufgrund der variantenspezifischen Puffer tendenziell mit der Anzahl der Varianten zu. Gerät die Fertigung in Rückstand, kann sich zudem ein Bestand in der Fertigung aufbauen. Dies 1

Die Basestock-Steuerung gibt keine feste Reihenfolgeregel vor. In diesem Fall wurde die höhere Priorität für Variante A daraus abgeleitet, dass die Plan-Fortschrittszahl für Variante A die Ist-Fortschrittszahl früher überschritten hat, als dies für Variante B der Fall war.

278

14 Basestock

ist insbesondere der Fall, wenn das erste Arbeitssystem über eine ausreichende Kapazität verfügt, um der hohen Kundennachfrage zu entsprechen. Die Zusammenhänge werden nachfolgend an einem Beispiel erläutert, in der das letzte Arbeitssystem einer Fertigung über unzureichende Kapazitätsreserven verfügt, um einen Nachfrageanstieg zu bewältigen (Bild 14.4).

IFA 10.920B

Bild 14.4 Fortschrittszahlen, Bestands- und Rückstandsverlauf für eine Variante bei unzureichender Kapazität an Arbeitssystem 3 (Beispiel)

Vom Einsetzen der höheren Nachfrage (Zeitpunkt t1) bis zum Zeitpunkt t2 kann die höhere Nachfrage aus dem Fertigwarenlager bedient werden. In diesem Zeitraum nimmt der Bestand vor Arbeitssystem 3 stetig zu, während der Bestand im Fertigwarenlager abnimmt. Ab Zeitpunkt t2 gerät das Fertigwarenlager in Rückstand und die Kundennachfragen können nur mit Verzögerung bedient werden. Rückstand und Bestand an Arbeitssystem 3 steigen weiter an.

14.2 Diskussion der Verfahrensregeln

279

2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Wegen der fehlenden Bestandsregelung kann die Basestock-Steuerung Bestandsschwankungen nicht vermeiden. Sie ist damit in besonderem Maße auf eine sorgfältige Kapazitätsplanung und -steuerung angewiesen. 3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Die Basestock-Steuerung blockiert alle Bestände, für die die Steuerungsfortschrittszahl der entsprechenden Variante am nachfolgenden Arbeitssystem nicht größer ist als die Ist-Fortschrittszahl. Wie bei der Kanban-Steuerung nimmt die Höhe der blockierten Bestände tendenziell mit der Anzahl der Varianten zu. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Die Basestock-Steuerung lässt die Kapazitäten der Arbeitssysteme unberücksichtigt. Entsprechend kann das Verfahren auch nicht zu einem Belastungsabgleich beitragen. Daher sind eine sorgfältige Kapazitätsplanung und eine effektive Rückstandsregelung für die erfolgreiche Anwendung der Basestock-Steuerung entscheidend. 5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Die Basestock-Steuerung verursacht durch die Blockade von Beständen Reihenfolgevertauschungen. Diese gefährden bei sorgfältiger Festlegung der Basestocks jedoch nicht die Lieferbereitschaft der Fertigung. Es werden dann nur Bestände von Varianten blockiert, für die ein ausreichender Bestand vorhanden ist. Die Basestock-Steuerung sollte mit einer Reihenfolgeregel kombiniert werden, die die Lieferbereitschaft der Fertigung fördert. Es sollte z. B. die Variante mit der niedrigsten Bestandsreichweite am nachfolgenden Arbeitssystem zuerst gefertigt werden. 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Planabweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Es ist Aufgabe der Fertigungssteuerung, einen drohenden Rückstand zu verhindern und einen entstandenen Rückstand abzubauen. Dazu ist die Kapazität kurzfristig zu erhöhen. Die Verfahrensregeln der Basestock-Steuerung lassen eine Rückstandsregelung unberücksichtigt. Das Verfahren ist daher zwingend mit einer Rückstandsregelung zu kombinieren, um eine hohe Lieferbereitschaft auch bei Plan-Abweichungen gewährleisten zu können. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Die Basestock-Steuerung lässt das Engpassprinzip unberücksichtigt. Die einzige Möglichkeit, die Fertigungssteuerung auf ein eindeutiges Engpassarbeitssystem auszurichten, besteht in der Festlegung der Basestocks. Dazu ist der Basestock des Engpassarbeitssystems besonders hoch auszulegen, um das Arbeitssystem vor

280

14 Basestock

Blockaden zu schützen. Hohe Basestocks am vorhergehenden Arbeitssystem sollen gewährleisten, dass am Engpassarbeitssystem stets ein ausreichender Bestand vorliegt. 8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Die Regeln der Basestock-Steuerung sind einfach zu verstehen. Es ist jedoch meist nicht möglich, das Verfahren ohne ein elektronisches Informationssystem umzusetzen. Dies liegt einerseits daran, dass die Nachfrageinformationen möglichst zeitgleich an alle betroffenen Arbeitssysteme weitergeleitet werden sollten. Zum anderen müssen bei kleinen Nachfragemengen sehr häufig Nachfrageinformationen übermittelt werden. 9.

Verfahren der Auftragserzeugung sollten Nachfrageinformationen möglichst schnell und unverzerrt kommunizieren. Die Basestock-Steuerung kommuniziert Nachfrageinformationen schnell und ohne Verzerrungen. Sie übermittelt Nachfrageinformationen zeitgleich an alle Produktionsstufen und führt eine Umlaufverschiebung durch (vgl. Kap. 13). Sie bietet damit sehr gute Möglichkeiten für eine Vermeidung des Bullwhip-Effekts. Die Basestock-Steuerung setzt implizit voraus, dass eine variantenspezifische Bestandsregelung durchgeführt und die Wiederbeschaffungszeiten bei steigender Nachfrage verkürzt werden können. Ist dies nicht der Fall, müssen die PlanBestände bei wachsender Nachfrage erhöht und bei sinkender Nachfrage reduziert werden. Beides trägt dann zur Verstärkung von Nachfrageschwankungen bei, die jedoch nicht von der Basestock-Steuerung verursacht werden.

14.3 Festlegung der Verfahrensparameter Wesentliche Verfahrensparameter der Basestock-Steuerung sind die Basestocks der Kontrollblöcke. Sie bestimmen die Plan-Bestände der Fertigung. Es bietet sich daher ein zweistufiges Vorgehen zur Bestimmung der Basestocks an: 1. Festlegung der Plan-Bestände (Abschn. 14.3.1) 2. Festlegung der Basestocks (Abschn. 14.3.2) 14.3.1 Plan-Bestände Die Methodik zur Festlegung der Plan-Bestände wird entscheidend von den Prozessen bestimmt, die zwischen zwei Kontrollblöcken der Basestock-Steuerung ablaufen. Im Folgenden wird die Methodik für drei verschiedene Arten von Kontrollblöcken erläutert (vgl. Bild 14.5): ein einzelnes Lager, ein Lager mit einem nachfolgenden Arbeitssystem sowie ein Lager mit mehreren nachfolgenden Arbeitssystemen.

14.3 Festlegung der Verfahrensparameter

281

IFA 10.900

Bild 14.5 Mögliche Kontrollblöcke der Basestock-Steuerung (Beispiele)

Lager

Umfasst ein Kontrollblock der Basestock-Steuerung ausschließlich ein Lager, kann der Plan-Bestand einer Variante in einer logistischen Positionierung mit Hilfe von Lagerkennlinien festgelegt werden. Das entsprechende Vorgehen ist in Abschnitt 3.1.3 beschrieben. Lager mit einem Arbeitssystem

Besteht der Kontrollblock aus einem Lager mit einem Arbeitssystem, befindet sich der Bestand einer Variante entweder im Lager oder in Bearbeitung am Arbeitssystem. Der Plan-Bestand im Lager kann wiederum in einer logistischen Positionierung mit Hilfe von Lagerkennlinien bestimmt werden. Der mittlere Plan-Bestand in Bearbeitung am Arbeitssystem kann direkt aus Little´s Gesetz abgeleitet werden: Bm, Plan = ZDF ⋅ BRm , Plan mit

Bm,Plan ZDF BRm,Plan

(14.3)

mittlerer Plan-Bestand (in Stück) [ME] Durchführungszeit [BKT] mittlere Plan-Bedarfsrate [ME/BKT]

Lager mit mehreren Arbeitssystemen

Durchläuft die Variante zwischen zwei Kontrollblöcken der Basestock-Steuerung ein Lager und mehrere Arbeitssysteme, bietet sich das folgende Vorgehen an: Der Plan-Bestand im Lager wird wiederum in einer logistischen Positionierung mit Hilfe von Lagerkennlinien bestimmt. Der übrige Bestand befindet sich entweder in Bearbeitung an oder in einer Warteschlange vor einem der Arbeitssysteme (am ersten Arbeitssystem kann definitionsgemäß keine Warteschlange auftreten). Folglich kann der mittlere Bestand nach Little´s Law mit der folgenden Formel berechnet werden:

282

14 Basestock

⎛

Bm = BRm ⋅ ⎜⎜ ZDF1 +

AnzAS

⎝

mit

Bm BRm ZDF1 ZDLm,j AnzAS

∑ ZDL

m, j

j =2

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

(14.4)

mittlerer Bestand in (in Stück) [ME] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] Durchführungszeit am ersten Arbeitssystem [BKT] mittlere Durchlaufzeit am j-ten Arbeitssystem [BKT] Anzahl Arbeitssysteme [-]

Die Durchlaufzeiten der Arbeitssysteme können in logistischen Positionierungen mit Hilfe von Produktionskennlinien bestimmt werden. Das entsprechende Vorgehen ist allgemein in Abschnitt 3.2.2.3 beschrieben. Kapitel 14 erläutert das Vorgehen für die Fortschrittszahlensteuerung. 14.3.2 Basestocks Aus den Plan-Beständen können die Basestocks der Kontrollblöcke abgeleitet werden. Dazu wird entgegen dem Materialfluss vorgegangen, d. h. es wird zuerst der Basestock des letzten Kontrollblocks festgelegt, dann der des vorletzten Kontrollblocks usw. Bei kleinen Losen und kurzen Wiederbeschaffungszeiten ergibt sich der Basestock direkt aus dem Plan-Bestand. Es gilt:

BSi = BSi+1 + BPlan ,i +1 mit

BSi BPlan,i+1

(14.5)

Basestock des i-ten Kontrollblocks [ME] Plan-Bestand des i+1-ten Kontrollblocks [ME]

In der Praxis sind jedoch meist eine Wiederbeschaffungszeit und ggf. auch der Einfluss von Losgrößenunterschieden zwischen Zugang und Abgang eines Kontrollblocks zu beachten. Einfluss der Wiederbeschaffungszeit

Die Wiederbeschaffungszeit ist bei der Basestock-Steuerung als Zeitraum zwischen der Auslösung eines Auftrags (bei Überschreiten der Ist-Fortschrittszahl der Variante) und seiner Fertigstellung definiert. Durch die Wiederbeschaffungszeit weichen die Ist-Fortschrittszahlen sowohl im Zugang als auch im Abgang eines Kontrollblocks von den Steuerungsfortschrittszahlen ab (Bild 14.6). Es gilt mit Little´s Gesetz:

∆FZ i = FZ Steuer , i − FZ Plan , i = WBZ Plan , i ⋅ BRm mit

∆FZi FZSteuer,i FZPlan,i WBZPlan,i BRm

(14.6)

Abweichung zwischen Steuerungs- und Plan-Fortschrittszahl [ME] Steuerungsfortschrittszahl Kontrollblock i [ME] Plan-Fortschrittszahl Kontrollblock i [ME] Plan-Wiederbeschaffungszeit Kontrollblock i [BKT] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT]

14.3 Festlegung der Verfahrensparameter

283

IFA 10.893

Bild 14.6 Einfluss der Wiederbeschaffungszeiten auf den Plan-Bestand

Die Abweichung der Plan-Fortschrittszahlen wirkt sich auf den Plan-Bestand aus:

BPlan,i + 1 = BSi − ∆FZi − BSi + 1 + ∆FZ i + 1 mit

BPlan,i+1 BSi ∆FZi

(14.7)

Plan-Bestand Kontrollblock i+1 (in Stück) [ME] Basestock des i-ten Kontrollblocks [ME] Abweichung zwischen Steuerungs- und Plan-Fortschrittszahl [ME]

Bei gegebenem Plan-Bestand kann aus den Gln. 14.6 und 14.7 die folgende Beziehung für den Basestock eines Kontrollblocks abgeleitet werden.

BSi = BPlan, i + 1 + BSi + 1 + BRm ⋅ (WBZ Plan , i − WBZ Plan , i + 1 ) mit

BSi BPlan,i+1 BRm WBZPlan,i

(14.8)

Basestock des i-ten Kontrollblocks [ME] Plan-Bestand Kontrollblock i+1 (in Stück) [ME] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] Plan-Wiederbeschaffungszeit Kontrollblock i [BKT]

Der Basestock des Fertigwarenlagers ist definitionsgemäß null (Gl. 14.1). Ausgehend vom Plan-Bestand des Fertigwarenlagers können mit Hilfe von Gl. 14.8 alle Basestocks der Fertigung bestimmt werden. Die Plan-Wiederbeschaffungszei-

284

14 Basestock

ten können in einer logistischen Positionierung mit Hilfe von Produktionskennlinien festgelegt werden. Der letzte Summand in Gl. 14.8 deutet an, dass die Plan-Bestände der Basestock-Steuerung auch bei konstanten Basestocks schwanken können, wenn sich die Bedarfsrate verändert. Dazu seien zwei Extremfälle betrachtet: 1. Konstante Wiederbeschaffungszeiten: Bei steigender Bedarfsrate nimmt der Plan-Bestand eines Kontrollblocks zu, wenn seine Wiederbeschaffungszeit größer ist als die des vorhergehenden Kontrollblocks. Im umgekehrten Fall nimmt der Plan-Bestand ab. Bei gleichen Wiederbeschaffungszeiten bleibt der Plan-Bestand unverändert. Über die gesamte Fertigung betrachtet, nimmt der Plan-Bestand bei steigender Bedarfsrate ab. Die Basestock-Steuerung wirkt damit in der Tendenz eher antizyklisch: Sie erhöht bei einer höheren Bedarfsrate nicht die Plan-Bestände und führt daher auch nicht zu verstärkten Bedarfsratenschwankungen. 2. Wiederbeschaffungszeiten verändern sich entgegengesetzt zur Bedarfsratenschwankung: Gelingt es einem Unternehmen, die Wiederbeschaffungszeiten in dem Maße zu senken, in dem sich die Bedarfsrate erhöht, verändern sich die Plan-Bestände nicht. Die Basestock-Steuerung verhält sich dann neutral gegenüber Bedarfsratenschwankungen. Einfluss von Losgrößenunterschieden

Weichen die Losgrößen im Zugang und Abgang eines Kontrollblocks voneinander ab, wirkt sich dies ebenfalls auf den Plan-Bestand aus. Bild 14.7 zeigt die Zusammenhänge für einen exemplarischen Kontrollblock mit kontinuierlicher Nachfrage des Endkunden.

IFA 10.796

Bild 14.7 Einfluss der Losbildung auf den Plan-Bestand eines Kontrollblocks

14.5 Anwendung

285

Eingezeichnet sind die Plan-Fortschrittszahlen mit bzw. ohne Berücksichtigung der Losbildung. Eine Losbildung im Zugang zum Kontrollblock erhöht den Plan-Bestand, im Abgang führt sie zu einer Bestandsminderung. Die Bestandsabweichung entspricht jeweils der halben Zugangs- bzw. Abgangslosgröße. Es gilt damit:

BSi = BPlan ,i + 1 + BSi + 1 + BRm ⋅ (WBZ Plan ,i − WBZ Plan ,i + 1 ) + mit

BSi BPlan,i+1 BRm WBZPlan,i LGi

1 ⋅ (LGi + 1 − LGi ) 2

(14.9)

Basestock des i-ten Kontrollblocks [ME] (kontinuierlicher) Plan-Bestand Kontrollblock i+1 [ME] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] Plan-Wiederbeschaffungszeit Kontrollblock i [BKT] Losgröße Kontrollblock i [ME]

14.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Die Basestock-Steuerung eignet sich gut für die unternehmensübergreifende Fertigungssteuerung. Eine Schlüsselrolle kommt hier der Informationsübermittlung zu. Dies könnte erklären, warum die Basestock-Steuerung bislang eher selten angewendet wird: Ein Unternehmen muss die Nachfrageinformationen nicht nur an einen Ansprechpartner weiterleiten, sondern gleichzeitig an mehrere. Dies stellt höhere Anforderungen an die Informationssysteme als die meisten der übrigen Fertigungssteuerungsverfahren, ist beim heutigen Stand der Technik aber ein lösbares Problem. Ein unternehmensübergreifender Einsatz bietet sich insbesondere bei einem hohen Liefervolumen zwischen Unternehmen an.

14.5 Anwendung Die Basestock-Steuerung ist ein Sonderfall der Fortschrittszahlensteuerung. Sie eignet sich besonders für die mehrstufige Auftragserzeugung. Hier zeichnet sie sich durch eine schnelle und unverzerrte Übertragung von Nachfrageinformationen aus. Sie eignet sich besonders, wenn ausreichende Kapazität vorhanden ist und die Wiederbeschaffungszeiten bei steigender Nachfrage reduziert werden können bzw. nur geringe Nachfrageschwankungen auftreten (vgl. zu beiden Aspekten die Diskussion der Verfahrensregeln in Abschnitt 14.2).

15 Production Authorization Cards

PAC (Production Authorization Cards) ist ein generischer Ansatz für die Steuerung von Fertigungen. Ähnlich wie die Fortschrittszahlensteuerung (Kap. 13) kann PAC durch das Setzen von Parametern verschiedene Verfahren der Auftragserzeugung abbilden. Das Verfahren wurde von Buzacott und Shantikumar entwickelt und beschrieben [Buza-92]. Es ist vor allem für Softwareentwickler und Wissenschaftler interessant. Der Praktiker wird sich in der Regel direkt an den Verfahren orientieren, die mit der PAC-Steuerung abgebildet werden können. Die Ausführungen beschränken sich auf die Beschreibung des Verfahrens. Die logistische Eignung und die Eigenschaften des Verfahrens hängen von der Parameterfestlegung ab, die sehr flexibel gestaltet werden kann. Daher wird sowohl auf die Diskussion der Verfahrensregeln als auch auf die bei anderen Verfahren übliche Beschreibung der Methodik zur Festlegung der Verfahrensparameter verzichtet. Je nach Ausgestaltung des Verfahrens können jedoch die entsprechenden Ausführungen zu verwandten Steuerungsverfahren (etwa zur Kanban- oder Basestock-Steuerung) übertragen werden.

15.1 Verfahrensbeschreibung Das Verfahren wird in einer vereinfachten Form dargestellt. Buzacott und Shantikumar gestalten das Verfahren bewusst offen, um so ein breites Anwendungsgebiet zu erschließen. So ist es z. B. möglich, unterschiedliche Produktions- und Transportlosgrößen zu wählen oder Ausschuss zu berücksichtigen. Im Folgenden steht jedoch die Vermittlung des – erklärungsbedürftigen – Grundprinzips der PAC-Steuerung im Vordergrund. Dazu werden für die Beschreibung u. a. die folgenden Vereinfachungen getroffen. • • •

Die Fertigung besteht aus Arbeitssystemen, die aus einer Maschine gebildet werden (Buzacott und Shantikumar gehen von Produktionszellen aus, die mehrere parallel oder sequentiell angeordnete Maschinen enthalten können). Die Losgrößen sind vorgegeben und für alle Arbeitssysteme gleich. Es werden lediglich PA-Karten, Auftragsscheine und Materialentnahmescheine berücksichtigt. Damit entfallen die von Buzacott und Shantikumar beschriebenen Bearbeitungsscheine, Materialscheine, Stornierungsscheine und Überschussscheine.

Mit diesen Vereinfachungen basiert die PAC-Steuerung auf lediglich drei Elementen:

288

15 Production Authorization Cards

PA-Karten: PA-Karten sind jeweils einer bestimmten Variante und einem bestimmten Arbeitssystem zugeordnet. Sie autorisieren die Nachfertigung des Produkts am zugeordneten Arbeitssystem. Die Anzahl der PA-Karten begrenzt damit die Anzahl der offenen Fertigungsaufträge am Arbeitssystem. Anders als bei der Kanban-Steuerung bleiben die PA-Karten nach der Fertigstellung im Ausgangslager nicht beim Los, sondern werden getrennt gelagert. Dadurch kann die Auslösung eines Fertigungsauftrags von der Materialentnahme getrennt werden. Auftragsschein: Auftragsscheine informieren über die Nachfrage nach einer bestimmten Variante und werden entweder vom Endkunden erzeugt oder von einem Arbeitssystem. Sie werden unmittelbar nach ihrer Erzeugung zum liefernden Lager gebracht. Ist dort eine PA-Karte der entsprechenden Variante vorhanden, wird der Auftragsschein vernichtet und die PA-Karte sofort in die PA-Kartentafel des Arbeitssystems gesteckt. Das Arbeitssystem erstellt daraufhin unmittelbar einen Auftrags- und einen Materialentnahmeschein für die Variante. Der Auftragsschein wird sofort zum vorhergehenden Lager gebracht, der Materialentnahmeschein entweder unmittelbar oder nach einer Verzögerungszeit (siehe nachfolgende Ausführungen). Ist keine PA-Karte vorhanden, bleibt der Auftragsschein im Lager, bis eine PA-Karte frei wird. Materialentnahmeschein: Der Materialentnahmeschein ist einer bestimmten Variante zugeordnet und autorisiert die Entnahme der Variante aus einem Lager und ihre Bereitstellung für das nachfolgende Arbeitssystem (bzw. im Fertigwarenlager die Auslieferung an den Kunden). Die Materialentnahmescheine werden vom nachfolgenden Arbeitssystem bei Erhalt einer PA-Karte erzeugt (bzw. für das Fertigwarenlager direkt vom Kunden). Nach der Erzeugung geht der Materialentnahmeschein nicht zwangsläufig sofort dem Lager zu. Über eine Verzögerungszeit kann verhindert werden, dass das Material vor einem bestimmten Zeitpunkt bereitgestellt bzw. an den Kunden ausgeliefert wird. Trifft der Materialentnahmeschein im Lager ein, wird das zugehörige Material, falls vorhanden, unmittelbar bereitgestellt. Der Materialentnahmeschein wird dann vernichtet. Ist das Material nicht vorhanden, verbleibt der Materialentnahmeschein im Lager, bis das entsprechende Material eintrifft und bereitgestellt werden kann. Die Eigenschaften der PAC-Steuerung können über drei Verfahrensparameter beeinflusst werden: 1. Anzahl der PA-Karten je Variante und Arbeitssystem 2. Grundbestand je Variante und Arbeitssystem 3. Verzögerungszeit der Materialentnahme je Variante und Arbeitssystem (bzw. Endkunde). Der Verfahrensparameter Grundbestand kann am einfachsten anhand eines Gedankenexperiments erläutert werden. Dazu stelle man sich vor, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt kein Nachfertigungsauftrag am Arbeitssystem vorliegt. Der Grundbestand entspricht dann dem Bestand im Ausgangslager eines Arbeitssystems. Die Verfahrensregeln der PAC-Steuerung werden nachfolgend an zwei Beispielen erläutert. Das erste Beispiel bildet eine Lagerfertigung nach, das zweite Beispiel eine einfache Auftragsfertigung. Die Fertigung besteht jeweils aus drei

15.1 Verfahrensbeschreibung

289

Arbeitssystemen, einem Rohmateriallager, zwei Zwischenlagern und einem Fertigwarenlager. Beispiel 1: Lagerfertigung

Es werden zwei Varianten gefertigt (Bild 15.1). Je Variante und Arbeitssystem sei eine PA-Karte vorhanden. Der Grundbestand betrage drei Lose je Variante und Arbeitssystem. Die Verzögerungszeit für die Materialentnahme sei null.

IFA 10.793A

Bild 15.1 Funktionsweise der PAC-Steuerung, Beispiel 1 (1)

290

15 Production Authorization Cards

IFA 10.793B

Bild 15.1 Funktionsweise der PAC-Steuerung, Beispiel 1 (2)

Diese Art der Parameterfestlegung folgt einem Vorschlag von Buzacott und Shantikumar [Buza-92] und bildet die sog. Local Control-Steuerung ab, die als Variante der Kanban-Steuerung begriffen werden kann. Jedem Arbeitssystem ist eine PA-Kartentafel zugeordnet. In dieser werden die PA-Karten für wartende Aufträge gesammelt. Eine analoge, nach Varianten getrennte Tafel befindet sich im Ausgangslager der Arbeitssysteme. Sie enthält die PA-Karten, für die kein Auftragsschein vorhanden ist. Im Ausgangslager befinden sich weiterhin eine Materialentnahmetafel und eine Auftragsscheintafel. Erstere enthält die Materialentnahmescheine für noch nicht gelieferte Nachfragen des nachfolgenden Arbeitssystems bzw. des Kunden. Sie ist immer leer, wenn ein Los der Variante auf Lager liegt (andernfalls würde der Materialentnahmeschein unmittelbar die Bereitstellung des Loses veranlassen). In der Auftragsscheintafel werden die Auftragsscheine gesammelt, für die noch keine PA-Karte vorhanden ist. Aufgrund der Verfahrensregeln können die PAKartentafel und die Auftragsscheintafel einer Variante nicht gleichzeitig gefüllt sein, da dies unmittelbar den Transport der PA-Karte zum zugehörigen Arbeitssystem und damit die Vernichtung des Auftragsscheines auslösen würde. In der Ausgangssituation (Bild 15.1 a) ist das Fertigwarenlager von Variante 1 leer und das von Variante 2 vollständig gefüllt. Alle Arbeitssysteme bearbeiten einen Auftrag. An den Arbeitssystemen 1 und 2 befindet sich jeweils ein Auftrag in der Warteschlange. Wenn der Kunde Variante 2 nachfragt (Bild 15.1b), stellt er dem Fertigwarenlager einen Materialentnahmeschein und einen Auftragsschein zu (Schritte A und

15.1 Verfahrensbeschreibung

291

B). Das Material wird daraufhin an den Kunden ausgeliefert (Schritt C). Der vom Kunden erzeugte Auftragsschein löst den Transport der PA-Karte von Variante 2 an das Arbeitssystem 3 aus (Schritt D). Das Arbeitssystem generiert einen Materialentnahmeschein und einen Auftragsschein von Variante 2 (Schritte E und F) und gibt diese an das Eingangslager weiter. Der Materialentnahmeschein löst die Bereitstellung des Materials aus (Schritt G); der Auftragsschein wird in die Auftragsscheintafel des Eingangslagers gesteckt, da im Lager keine PA-Karte vorhanden ist. Wenn Arbeitssystem 2 den Auftrag der Variante 2 fertig stellt (Bild 15.1 c), wird das Los in das Ausgangslager transportiert (Schritt A) und die PA-Karte zunächst in die PA-Kartentafel des Lagers gesteckt (Schritt B). Da eine Auftragskarte für die Variante vorhanden ist, wird die PA-Karte jedoch unmittelbar an die PAKartentafel des Arbeitssystems weitergeleitet (Schritt C) und der Auftragsschein vernichtet (Schritt D). Das Arbeitssystem erzeugt nach Erhalt der PA-Karte einen Materialentnahme- und einen Auftragsschein für Variante 2 und stellt diese dem Eingangslager zu (Schritte E und F). Der Materialentnahmeschein löst die Bereitstellung des Materials aus (Schritt G); der Auftragsschein wird in die Auftragsscheintafel des Eingangslagers gesteckt, da im Lager keine PA-Karte vorhanden ist. Arbeitssystem 2 beginnt daraufhin mit der Bearbeitung eines Auftrags der Variante 1 (Schritt H). Für die Zeit der Bearbeitung wird die zugehörige PA-Karte dem Auftrag direkt zugeordnet (Schritt I). Als nächstes fragt der Kunde Variante 1 nach und erzeugt dazu einen Auftragsund einen Materialentnahmeschein (Schritte A und B in Bild 15.1 d). Da kein Material im Fertigwarenlager vorhanden ist, wird der Materialentnahmeschein in die entsprechende Tafel gesteckt und visualisiert dort den Lieferrückstand. Der Auftragsentnahmeschein geht der Auftragsscheintafel zu. Arbeitssystem 3 stellt den Auftrag der Variante 1 fertig (Bild 15.1 e). Das Los wird zunächst in das Fertigwarenlager transportiert (Schritt A) und wird dann unmittelbar an den Kunden ausgeliefert (Schritt B), da ein Materialentnahmeschein vorhanden ist. Dieser wird nach der Auslieferung vernichtet (Schritt C). Die PAKarte von Variante 1 geht zunächst der PA-Kartentafel des Fertigwarenlagers zu (Schritt D). Hier sind jedoch Auftragskarten vorhanden. Entsprechend wird die PA-Karte zu Arbeitssystem 3 zurückgeleitet (Schritt E) und eine Auftragskarte vernichtet (Schritt F). Arbeitssystem 3 erzeugt mit Erhalt der PA-Karte einen Materialentnahme- und einen Auftragsschein und gibt diese an das Eingangslager weiter (Schritte G und H). Dort löst der Materialentnahmeschein die Bereitstellung des Materials für Variante 1 aus (Schritt I). Der Auftragsschein wird in die Auftragsscheintafel gesteckt, da keine PA-Karte vorhanden ist. Arbeitssystem 3 beginnt mit der Bearbeitung des Auftrags für Variante 2 (Schritt J). Für die Zeit der Bearbeitung wird die zugehörige PA-Karte dem Auftrag direkt zugeordnet (Schritt K). Beispiel 2: Auftragsfertigung

Es wird die gleiche Fertigung betrachtet wie im ersten Beispiel. Die Varianten werden jedoch jetzt nach Kundenauftrag hergestellt (Bild 15.2). Die PlanDurchlaufzeit durch die Fertigung beträgt 10 Tage.

292

15 Production Authorization Cards

IFA 10.799A

Bild 15.2 Funktionsweise der PAC-Steuerung, Beispiel 2 (1)

Entsprechend gibt die Fertigungssteuerung die Aufträge 10 Tage vor dem PlanLiefertermin für die Fertigung frei. Vorzeitig fertig gestellte Aufträge sollen nicht vorzeitig aus dem Fertigwarenlager an den Kunden ausgeliefert werden.

15.1 Verfahrensbeschreibung

293

IFA 10.799B

Bild 15.2 Funktionsweise der PAC-Steuerung, Beispiel 2 (2)

Eine derartige Fertigungssteuerung kann durch die folgenden Parameter abgebildet werden: • • • • •

Anzahl PA-Karten = unbegrenzt für alle Arbeitssysteme Grundbestand = 0 für alle Arbeitssysteme Verzögerungszeit der Materialentnahme im Rohmateriallager = PlanLiefertermin - Planungstermin - Plan-Lieferzeit Verzögerungszeit der Materialentnahme im Fertigwarenlager = PlanLiefertermin - Planungstermin Verzögerungszeit der Materialentnahme in den Zwischenlagern = 0

Arbeitssystem 1 und dem Kunden sind Materialentnahmescheintafeln zugeordnet, in denen die Materialentnahmescheine gesammelt werden, deren Verzögerungszeit noch nicht abgelaufen sind. Auf den Materialentnahmescheinen ist jeweils der Betriebskalendertag eingetragen, an dem die Verzögerungszeit abläuft und der Schein an das zugeordnete Lager weitergegeben wird. Auf die Auftragsscheintafeln der Läger kann verzichtet werden. Aufgrund der Parameterfestlegung stehen unbegrenzt viele PA-Karten zur Verfügung, so dass die Auftragsscheine nie auf das Freiwerden einer PA-Karte warten müssen. In der PA-Kartentafel befindet sich stets eine PA-Karte als Repräsentant für die theoretisch unbegrenzte Kartenanzahl. Ansonsten unterscheidet sich die Darstellung nicht von der des ersten Beispiels.

294

15 Production Authorization Cards

Der Übersichtlichkeit halber befinde sich in der Ausgangssituation (Bild 15.2 a) nur ein einziger Auftrag in der Fertigung. Er soll an Betriebskalendertag 12 an den Kunden geliefert werden (vgl. Materialentnahmeschein des Kunden). Das Fertigwarenlager und die Zwischenläger sind leer. Der Kunde bestellt an BKT 10 einen Auftrag der Variante 2 (Bild 15.2 b). Der Auftrag soll an BKT 21 geliefert werden. Entsprechend erzeugt der Kunde einen Materialentnahmeschein und einen Auftragsschein (Schritte 1 und 2). Der Materialentnahmeschein wird in die Materialentnahmescheintafel gesteckt und geht dem Fertigwarenlager erst zum Plan-Liefertermin zu. Der Auftragsschein wird sofort an das Fertigwarenlager weitergereicht und löst dort den Transport einer PA-Karte zum vorgelagerten Arbeitssystem aus (Schritt 3). Mit dem Erhalt der PA-Karte generiert das Arbeitssystem einen Materialentnahme- und einen Auftragsschein (Schritte 4 und 5). Beide gehen unmittelbar dem Eingangslager zu (Verzögerungszeit der Materialentnahme in den Zwischenlagern = 0). Der Materialentnahmeschein wird in die Materialentnahmescheintafel gesteckt, da kein Material im Zwischenlager vorhanden ist; der Auftragsschein löst den Transport einer PA-Karte zum Arbeitssystem 2 aus (Schritt 6). Hier werden wiederum ein Materialentnahme- und ein Auftragsschein generiert und zum Eingangslager gebracht (Schritte 7 und 8). Der Materialentnahmeschein wird in die Materialentnahmescheintafel gesteckt, der Auftragsschein löst den Transport einer PA-Karte zu Arbeitssystem 1 aus (Schritt 9). Dieses generiert unmittelbar einen Materialentnahmeschein (Schritt 10). Dieser bleibt bis BKT 11 am Arbeitssystem (Liefertermin - PlanDurchlaufzeit = 21 - 10 = 11). Noch am gleichen Tag stellt Arbeitssystem 3 den Auftrag der Variante 1 fertig (Bild 15.2 c). Der Auftrag geht dem Fertigwarenlager zu, die PA-Karte dessen PA-Kartentafel (Schritte 1 und 2). Mangels Materialentnahmeschein kann der Auftrag noch nicht an den Kunden ausgeliefert werden. Der Plan-Liefertermin ist noch nicht erreicht. Zu Beginn von BKT 11 reicht Arbeitssystem 1 den Materialentnahmeschein für Variante 2 an das Rohmateriallager (Schritt 1 in Bild 15.2 d). Dieses stellt das Ausgangsmaterial bereit, und Arbeitsystem 1 beginnt mit der Bearbeitung des Auftrags (Schritt 2). Für die Bearbeitungsdauer ist die PA-Karte dem Auftrag zugeordnet (Schritt 3). An BKT 12 ist der Liefertermin für den Auftrag für Variante 2 erreicht. Der Kunde reicht den Materialentnahmeschein an das Fertigwarenlager (Schritt 1 in Bild 15.2 e), das daraufhin unmittelbar den Auftrag an den Kunden ausliefert (Schritt 2). Der Mechanismus zur Auftragserzeugung scheint für die praktische Anwendung zunächst recht aufwändig zu sein. Er hat für die Programmierung von PPSSoftware jedoch einen wichtigen Vorteil: Für die Auftragsfertigung kann auf die gleichen Algorithmen zurückgegriffen werden wie für die Lagerfertigung. Die PAC-Steuerung schließt die Verfahren der Auftragserzeugung ab. Der folgende Buchteil ist den Verfahren der Auftragsfreigabe gewidmet.

Teil C

Verfahren der Auftragsfreigabe

16 Grundlagen der Auftragsfreigabe .................................................................. 297 17 Auftragsfreigabe nach Termin....................................................................... 313 18 Constant Work in Process ............................................................................. 327 19 Engpass-Steuerung ........................................................................................ 339 20 Workload Control.......................................................................................... 355 21 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe ......................................................... 373 22 Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung ........................................... 391 23 Polca-Steuerung ............................................................................................ 407 24 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung ...................................... 423

16 Grundlagen der Auftragsfreigabe

Die Auftragsfreigabe bestimmt den Zeitpunkt, ab dem die Fertigung einen Auftrag bearbeiten darf. Sie löst in der Regel direkt die Bereitstellung des erforderlichen Materials aus. Das Material ist damit fest einem Auftrag zugeordnet und steht für andere Aufträge grundsätzlich nicht mehr zur Verfügung. Die Auftragsfreigabe beeinflusst den Bestand und die bestandsbedingte Auslastung der Fertigung sowie die Durchlaufzeit der Aufträge. Es lassen sich drei Klassifizierungsmerkmale für die Auftragsfreigabe unterscheiden: • • •

Das Kriterium der Auftragsfreigabe legt das Merkmal fest, nach dem über die Freigabe eines Auftrags entschieden wird (Abschn. 16.1). Der Detaillierungsgrad der Auftragsfreigabe bestimmt, ob der Auftrag als Ganzes freigegeben wird, oder ob eine Entscheidung über die Freigabe jedes einzelnen Arbeitsvorgangs getroffen wird (Abschn. 16.2). Die Auslösungslogik der Auftragsfreigabe bestimmt die Logik, nach der die Entscheidung über die Auftragsfreigabe angestoßen wird (Abschn. 16.3). Über die Freigabe neuer Aufträge kann entweder zu vorab festgelegten, regelmäßig wiederkehrenden Zeitpunkten (periodische Auftragsfreigabe) oder nach definierten Ereignissen entschieden werden (ereignisorientierte Auftragsfreigabe).

Abschließend gibt Abschnitt 16.4 eine systematische Übersicht über die behandelten Verfahren der Auftragsfreigabe.

16.1 Kriterien Es können vier Kriterien unterschieden werden, nach denen Aufträge für die Fertigung freigegeben werden. Von diesen Kriterien ist das erste ein Null-Kriterium. 1. kein Kriterium (sofortige Auftragsfreigabe): Die Aufträge werden direkt nach ihrer Erzeugung freigegeben (Abschn. 16.1.1). 2. Plan-Starttermin: Die Auftragsfreigabe nach Termin gibt einen Auftrag frei, sobald dessen Plan-Starttermin erreicht ist (Abschn. 16.1.2).1 1

Verschiedene Autoren schlagen Auftragsfreigabeverfahren vor, die – z. T. basierend auf dem Bestand der Fertigung – Plan-Starttermine berechnen. Diese Verfahren werden hier nicht beschrieben, weil die Bestimmung von Plan-Terminen als Aufgabe der Produk-

298

16 Grundlagen der Auftragsfreigabe

3. Bestand der Fertigung bzw. eines Arbeitssystems: Die bestandsregelnde Auftragsfreigabe gibt einen Auftrag frei, wenn der Plan-Bestand der Fertigung oder eines Arbeitssystems einen Planwert unterschreitet (Abschn. 16.1.3). 4. Belastung der Arbeitssysteme: Die Auftragsfreigabe mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich berücksichtigt die momentane oder die erwartete Belastung der Arbeitssysteme. Maß hierfür ist der Bestand eines Arbeitssystems zwischen dem Zeitpunkt der Auftragsfreigabe und der Fertigstellung am Arbeitssystem. Die Auftragsfreigabe mit Belastungsabgleich ist damit ein Sonderfall der bestandsregelnden Auftragsfreigabe (Abschn. 16.1.4). Die sofortige Auftragsfreigabe ist typisch für auftragserzeugende Fertigungssteuerungsverfahren, wie sie in Teil B des Buches ausführlich erläutert wurden. Die in Teil C beschriebenen Auftragsfreigabeverfahren verwenden dagegen den Plan-Starttermin oder den Bestand als Freigabekriterium. 16.1.1 Sofortige Auftragsfreigabe Die Fertigungssteuerung gibt einen Auftrag direkt nach seiner Erzeugung frei. Bestand, Durchlaufzeiten und Auslastung der Fertigung können von dieser Art der Auftragsfreigabe nicht gezielt beeinflusst werden. Sie hängen ausschließlich vom zufälligen Auftragseingang und der Abarbeitung in der Fertigung ab. In einer Auftragsfertigung ist dies mit offensichtlichen Nachteilen verbunden. Die Auftragsfreigabe kann nicht zwischen dringlichen und nicht dringlichen Aufträgen unterscheiden. Entsprechend konkurrieren beide Auftragsklassen um die (knappen) Ressourcen der Fertigung. Weil auch Aufträge für die Fertigung freigegeben werden, die nicht dringend sind, ist der Bestand der Fertigung unnötig hoch. Es entstehen lange und damit häufig auch stark streuende Durchlaufzeiten. Die Planbarkeit der Aufträge nimmt ab. In der Auftragsfertigung ist es daher unüblich, Aufträge sofort nach ihrer Erzeugung freizugeben. Verbreitet ist dies hingegen in der Lagerfertigung. Hier darf die Fertigung einen Auftrag häufig direkt nach seiner Erzeugung bearbeiten. 16.1.2 Auftragsfreigabe nach Termin Bei der Auftragsfreigabe nach Termin bestimmt der Plan-Zugang den IstZugang (Bild 16.1 a). Sie gibt einen Auftrag dann frei, wenn der Plan-Starttermin erreicht ist. Die Auftragsfreigabe nach Termin ist der Standard in den meisten PPS-Systemen und beim MRP II-Verfahren. Dies erklärt ihre hohe Verbreitung. Sie zielt auf eine exakte Umsetzung des Produktionsplans. Sie eignet sich damit insbesondere, wenn sowohl der Zugang als auch der Abgang einer Fertigung genau geplant werden und umgesetzt werden können.

tionsplanung betrachtet wird. Interessierte Leser finden in [Berg-97] Quellenangaben zu diesen Verfahren.

16.1 Kriterien

299

IFA 11.242

Bild 16.1 Vergleich der Auftragsfreigabe nach Termin mit der bestandsregelnden Auftragsfreigabe

Kann die Planung hingegen wegen Störungen im Zugang (z. B. Material geht verspätet zu) oder im Abgang (z. B. Maschinenstörungen, die nicht durch eine Rückstandsregelung ausgeregelt werden können) nicht wie geplant umgesetzt werden, ist die Auftragsfreigabe nach Termin weniger geeignet. Der wesentliche Grund hierfür ist, dass die Auftragsfreigabe nach Termin nicht in der Lage ist, den Bestand zu regeln. Sobald der Ist-Abgang vom Plan-Abgang abweicht oder Störungen im Auftragszugang auftreten, weichen auch Bestand und Durchlaufzeiten sowie in geringerem Umfang auch die Auslastung von den Planwerten ab. Für die Bestandsabweichung gilt [Lödd-01]:

B Ist = B Plan + RS

(16.1)

bzw. ∆B = RS

(16.2)

mit

BIst BPlan RS ∆B

Ist-Bestand [Std] Plan-Bestand [Std] Rückstand [Std] Bestandsabweichung [Std]

300

16 Grundlagen der Auftragsfreigabe

Können die Auswirkungen auf die Auslastung vernachlässigt werden, gilt bei einer auftragszeitunabhängigen Reihenfolgebildung und Terminierung der Übergangszeiten [Lödd-01]:

ZDLm, Ist = ZDL m, Plan + mit

ZDLm,Ist ZDLm,Plan RSm Lm

RS m Lm

(16.3)

mittlere Ist-Durchlaufzeit [BKT] mittlere Plan-Durchlaufzeit [BKT] mittlerer Rückstand [Std] mittlere Leistung [Std/BKT]

Gerät die Fertigung in Rückstand, erhöht sich ihr Bestand und die Durchlaufzeiten der Aufträge nehmen zu. Der höhere Bestand ermöglicht vermehrt Reihenfolgevertauschungen in der Fertigung. Die Planbarkeit der Durchlaufzeiten nimmt somit ab. Ein negativer Rückstand (der Ist-Abgang übertrifft den Plan-Abgang) kann bei einer Auftragsfreigabe nach Termin kaum entstehen. Dies hätte den Vorteil, dass Unternehmen Phasen mit unvorhergesehen guter Produktivität ausnutzen könnten [Hopp-96]. Dazu müsste mindestens ein Teil der Aufträge vorzeitig freigegeben werden. Dies würde eine Auftragsfreigabe nach Termin jedoch ad absurdum führen. Eine besonders in wissenschaftlichen Veröffentlichungen diskutierte Sonderform der Auftragsfreigabe nach Termin ist die sog. Uhrwerk-Steuerung. Sie verteilt die Freigabezeitpunkte der Aufträge gleichmäßig über den Freigabezeitraum. Die Grundidee ist es, so einen gleichmäßigen Auftragszugang zu erreichen. Dies übt einen positiven Einfluss auf den Verlauf der Produktionskennlinien aus. Die Uhrwerk-Steuerung ist einfach zu simulieren. Sie dient daher häufig als Referenz für die logistische Eignung neu entwickelter Steuerungsverfahren (vgl. etwa [Glas-88]). Die Fertigungssteuerung mit der Auftragsfreigabe nach Termin wird ausführlich in Kapitel 17 erläutert. 16.1.3 Bestandsregelnde Auftragsfreigabe Bei der bestandsregelnden Auftragsfreigabe bestimmt der Ist-Abgang den IstZugang (Bild 16.1 b). Als geistiger Vater der bestandsregelnden Auftragsfreigabe wird vielfach der US-Amerikaner Oliver Wight angesehen. Er forderte frühzeitig, den Zugang einer Fertigung an ihren Abgang zu koppeln („The input to a shop must be equal or less than the output“ [Wigh-70]) und erläuterte die Vorzüge einer derartigen Strategie. Trotz zahlreicher Hinweise und einiger Werkzeuge für die Umsetzung einer bestandsregelnden Auftragsfreigabe formulierte Wight jedoch kein algorithmisiertes Steuerungsverfahren. Seinen Ausführungen am nächsten kommt die Conwip-Steuerung (Kap. 18); mit Ausnahme der Auftragsfreigabe nach Termin folgen aber auch die übrigen im dritten Buchteil beschriebenen Auftragsfreigabeverfahren der von Wight vorgegebenen Logik.

16.1 Kriterien

301

Eine bestandsregelnde Auftragsfreigabe gibt einen Auftrag (bzw. einen Arbeitsvorgang) frei, wenn der Bestand der Fertigung (bzw. eines Arbeitssystems) einen Planwert unterschreitet, der im Folgenden als Bestandsgrenze bezeichnet wird. Dies kann vor, nach oder zum geplanten Freigabetermin geschehen. Die bestandsregelnde Auftragsfreigabe führt damit nicht zu einer exakten Umsetzung des Plan-Zugangs. Häufig wird ein Vorgriffshorizont definiert, innerhalb dessen Aufträge vorzeitig freigegeben werden dürfen. In diesem Fall wird die bestandsregelnde Auftragsfreigabe mit der Auftragsfreigabe nach Termin kombiniert. Für die Freigabe eines Auftrags müssen dann zwei Bedingungen erfüllt sein: 1. Ist-Bestand < Bestandsgrenze 2. Ist-Termin ≥ Plan-Starttermin - Vorgriffshorizont Eine Bestandsregelung ist mit mindestens acht Vorteilen verbunden: 1.

Robustheit gegenüber Fehldimensionierung des Plan-Bestands Eine Bestandsregelung verzeiht Fehler bei der Festlegung des Plan-Bestands. Wird der Plan-Bestand zu hoch oder zu niedrig festgelegt, hat dies im üblichen Betriebsbereich der Produktionskennlinie aufgrund des degressiven Verlaufs der Leistung gegenüber dem Bestand nur geringe Auswirkungen auf die Leistung der Fertigung bzw. des Arbeitssystems (Bild 16.2 a). Die Auswirkung auf die Durchlaufzeit ist hingegen annähernd proportional der Bestandsabweichung.

IFA 10.858

Bild 16.2 Auswirkungen von Planungsfehlern bei bestandsregelnder Auftragsfreigabe und bei Auftragsfreigabe nach Termin

Eine Fehleinschätzung der Kapazität oder Belastung wirkt sich demgegenüber bei einer Auftragsfreigabe nach Termin überproportional auf Bestand und Durchlaufzeit aus (Bild 16.2 b). Die höhere Robustheit der bestandsregelnden Auftragsfreigabe betonen insbesondere Hopp und Spearman [Hopp-96]. 2.

Robustheit gegenüber Planabweichungen im Auftragszugang Wenn das Material für einen Auftrag nicht rechtzeitig bereitgestellt werden kann oder ein Auftrag ganz storniert wird, erfordert dies bei einer Auftragsfreigabe nach

302

16 Grundlagen der Auftragsfreigabe

Termin eine Neuplanung. Der Zugang zur Fertigung (bzw. zum Arbeitssystem) fällt hinter den Plan-Zugang zurück. Ggf. drohen Auslastungsverluste. Bei einer manuellen Umplanung würde ein anderer Auftrag vorgezogen, um die Kapazität der betroffenen Arbeitssysteme nutzen zu können. Eine Bestandsregelung reagiert dagegen automatisch. Fällt der Bestand unter den Plan-Bestand, gibt sie den nächsten verfügbaren Auftrag frei. Ist der eingeplante Auftrag nicht verfügbar, gibt sie daher automatisch den folgenden Auftrag vorzeitig frei. Dies ist möglich, wenn für diesen Auftrag die Freigabevoraussetzungen, wie z. B. die Verfügbarkeit des Materials, erfüllt sind. Ein eventueller Auslastungsverlust wird dann vermieden. Dies gilt zumindest, wenn der vorzeitig freigegebene Auftrag die gleichen Arbeitssysteme durchläuft wie der zurückgestellte Auftrag. 3.

Planbarkeit der Durchlaufzeiten Wird der Bestand einer Fertigung (bzw. eines Arbeitssystems) konstant gehalten, dann schwanken die mittleren Durchlaufzeiten nur geringfügig. Dies gilt allerdings nur dann, wenn Reihenfolgevertauschungen vermieden werden. Daher vereinfacht eine Bestandsregelung die Terminierung. 4.

Schutz der Fertigung vor externer Turbulenz Eine bestandsregelnde Auftragsfreigabe begrenzt den Bestand einer Fertigung. Sie schützt die Fertigung dadurch vor Schwankungen, die aus einer variablen Nachfrage oder aus unterschiedlichen Wunsch-Lieferzeiten entstehen können. So kann eine Bestandsregelung Wunsch-Lieferzeiten in einheitliche Durchlaufzeiten überführen. Dies ist unproblematisch, wenn die Wunsch-Lieferzeit größer ist als die mittlere Durchlaufzeit der Fertigung. Sollen vereinzelt kürzere Lieferzeiten erreicht werden, schlägt die Turbulenz auf die Fertigung durch. Einheitliche Durchlaufzeiten sind dann nicht mehr ausreichend. Entsprechend sind Reihenfolgevertauschungen unvermeidlich. H.-H. Wiendahl diskutiert diesen Zusammenhang ausführlich [Wien-02]. 5.

Schutz der Fertigung gegen Überlastung Übersteigt die Belastung einer Fertigung (bzw. eines Arbeitssystems) die Kapazität, baut sich ein Bestand auf. Die Durchlaufzeiten werden länger und streuen häufig auch stärker; ihre Planbarkeit nimmt ab. Eine bestandsregelnde Auftragsfreigabe hält den Bestand in der Fertigung konstant und die Aufträge bei einer Überlastung der Fertigung zurück. Unternehmen können Änderungswünsche des Kunden daher häufig berücksichtigen, bevor ein Auftrag freigegeben wurde. Die Auftragsfreigabe kann zudem dazu genutzt werden, die Aufträge bis unmittelbar vor ihrer Freigabe zu priorisieren, um die Kapazitäten für die wichtigen Aufträge zu nutzen. 6.

Schutz der Fertigungsengpässe vor Überlastung Ein Teilaspekt der Überlastung der Fertigung ist die Überschreitung der Kapazität der Fertigungsengpässe. Bei einer Auftragsfreigabe nach Termin können Arbeitssysteme mit freien Kapazitäten zeitweilig mehr produzieren, als der Engpass bewältigen kann. Als Folge steigt der Bestand am Engpassarbeitssystem stark an. Bei einer bestandsregelnden Auftragsfreigabe gleicht die Abgangsrate der Ferti-

16.1 Kriterien

303

gung der Zugangsrate.2 Da der Engpass die Abgangsrate der Fertigung bestimmt, ist der Zugang zur Fertigung damit automatisch auf den Fertigungsengpass abgestimmt. 7.

Schutz der Fertigung vor Unterlastung Unterschreitet die Plan-Belastung einer Fertigung (bzw. eines Arbeitssystems) die Kapazität, geht der Bestand zurück und die Auslastung sinkt. Eine bestandsregelnde Auftragsfreigabe vermeidet dies, indem sie Aufträge vorzeitig freigibt. Sie glättet so Schwankungen der Plan-Belastung und kann Phasen ausnutzen, in denen die Fertigung mehr leistet als geplant. Diesen Vorteil einer bestandsregelnden Auftragsfreigabe betonen Hopp und Spearman [Hopp-96]. Sie weisen nach, dass eine bestandsgeregelte Fertigung eine bestimmte Leistung bei einem niedrigeren Bestand erzielt als bei einer Auftragsfreigabe nach Termin. 8.

Geringere Kapitalbindung Insbesondere gegenüber Verfahren, die Aufträge direkt nach ihrer Erzeugung freigegeben, führt eine Bestandsregelung zu einer geringeren Kapitalbindung im Umlaufvermögen (vgl. dazu auch Kap. 2). Insgesamt ist eine bestandsregelnde Auftragsfreigabe daher mit wichtigen Vorteilen verbunden. Sie hat jedoch nicht ausschließlich positive Eigenschaften. Drei mögliche Nachteile einer Bestandsregelung sind:

•

• •

Die Bestandsregelung ist mit der Terminierung der Aufträge abzustimmen und engt ihre Freiräume ein. Ergibt sich aus der Terminierung der Aufträge ein Plan-Bestand, der die Bestandsgrenze der Bestandsregelung überschreitet, kann die Terminierung nicht umgesetzt werden. Die Ist-Abläufe weichen dann zwangsläufig von der Planung ab. Werden die Aufträge sofort nach ihrer Erzeugung freigegeben, kann aufgrund des erhöhten Bestands ggf. eine höhere Auslastung erzielt werden als mit einer Bestandsregelung. Die Bestandsregelung gibt Aufträge gegebenenfalls vorzeitig frei, um die Auslastung der Fertigung zu sichern. Als Folge werden diese Aufträge häufig auch vorzeitig fertig gestellt. Dies erhöht die Kapitalbindung in Fertigwarenbeständen.

Mit Ausnahme der Auftragsfreigabe nach Termin verwenden alle nachfolgend diskutierten Auftragsfreigabeverfahren den Bestand als Freigabekriterium. Einige dieser Verfahren führen zusätzlich zu einem (arbeitssystemspezifischen) Belastungsabgleich (vgl. den folgenden Abschnitt).

2

Dies ist bei einer terminorientierten Auftragsfreigabe langfristig zwar auch der Fall (vgl. erstes produktionslogistisches Grundgesetz in [Nyhu-99]). Über kurze Zeiträume können Zugangs- und Abgangsrate jedoch weitgehend unabhängig voneinander festgelegt werden.

304

16 Grundlagen der Auftragsfreigabe

16.1.4 Auftragsfreigabe mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich Die Auftragsfreigabe mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich ist (bei den hier beschriebenen Verfahren) eine Sonderform der bestandsregelnden Auftragsfreigabe. Sie misst den Bestand für jedes Arbeitssystem der Fertigung. Dabei berücksichtigt sie zum einen den direkten Bestand am Arbeitssystem. Zum anderen berücksichtigt sie auch den indirekten Bestand an Vorgängerarbeitssystemen, der das Arbeitssystem zukünftig belasten wird. Insgesamt umfasst der Gesamtbestand eines Arbeitssystems damit alle Aufträge von der Auftragsfreigabe bis zur Fertigstellung am Arbeitssystem. Für diese Art der Auftragsfreigabe gibt es mehrere Alternativen: 1. Ein Auftrag wird freigegeben, wenn der Gesamtbestand an allen Arbeitssystemen eine Bestandsgrenze unterschreitet. 2. Ein Auftrag wird freigegeben, wenn der Gesamtbestand an einem Arbeitssystem die Bestandsgrenze unterschreitet (Diese Sonderform wird im Folgenden nur am Rande betrachtet). 3. Die Aufträge werden so freigegeben, dass die Gesamtbestände aller Arbeitssysteme so geringfügig wie möglich von einem Ziel-Bestand abweichen. Die Auftragsfreigabe mit Belastungsabgleich kann mit der Auftragsfreigabe nach Termin kombiniert werden. In diesem Fall darf ein Auftrag nur freigegeben werden, wenn der Plan-Bearbeitungsbeginn innerhalb eines bestimmten Vorgriffshorizonts liegt. Anders als eine Bestandsregelung führt ein Belastungsabgleich zwangsläufig zu Reihenfolgevertauschungen bei der Auftragsfreigabe. Er kann daher die Termineinhaltung der Fertigung gefährden. Um die Auswirkungen der Reihenfolgevertauschungen zu minimieren, sollten die Plan-Fertigstellungstermine daher bei der Reihenfolgebildung berücksichtigt werden.3 Die Wirksamkeit eines Belastungsabgleichs hängt von fünf Faktoren ab: 1.

Güte und Detaillierungsgrad der Termin- und Kapazitätsplanung Wenn die Termin- und Kapazitätsplanung ordnungsgemäß durchgeführt wird, stehen (mit der Ausnahme unerwarteter Störungen) ausreichende Kapazitäten zur Verfügung. Ein nachträglicher Belastungsabgleich bei der Auftragsfreigabe ist dann überflüssig. Bei einer Feinplanung von Aufträgen und Arbeitsvorgängen kann ein auf heuristischen Regeln beruhender Belastungsabgleich dann sogar nachteilig wirken. Entsprechend ist ein Belastungsabgleich besonders sinnvoll, wenn die Termin- und Kapazitätsplanung nicht oder eher grob durchgeführt wurde. Dies ist in vielen Unternehmen der Fall. Insbesondere in einer Lagerfertigung, in der die Aufträge häufig automatisch erzeugt werden, basiert die Termin- und Kapazitätsplanung fast zwangsläufig auf Schätzungen und fällt daher eher grob aus.

3

Dies kann unter Umständen die Effektivität des Belastungsabgleichs mindern. In vielen Fällen ist die Termintreue jedoch die wichtigere Zielgröße.

16.1 Kriterien

305

2.

Bedeutung von Störungen Störungen können die Gültigkeit der sorgfältigsten Termin- und Kapazitätsplanung aufheben. Die Auftragsfreigabe ist der späteste Zeitpunkt, um Störungen vor dem Bearbeitungsbeginn zu berücksichtigen. Entsprechend ist eine Auftragsfreigabe mit Belastungsabgleich in einem von Störungen geprägten Fertigungsumfeld besonders sinnvoll. 3.

Kapazitätsflexibilität und Schwankungen der Plan-Belastung Ist die Kapazitätsflexibilität hoch, können Belastungsschwankungen durch eine Anpassung der Kapazitäten bewältigt werden. Entsprechend entfällt die Notwendigkeit eines zeitlichen Belastungsabgleichs. Folglich ist eine Auftragsfreigabe mit Belastungsabgleich besonders sinnvoll, wenn die Kapazitätsflexibilität gering ist im Vergleich zu den Schwankungen der Plan-Belastung. 4.

Materialflusskomplexität Grundidee eines Belastungsabgleichs ist es, Aufträge zurückzuhalten, die überlastete Arbeitssysteme durchlaufen und Aufträge vorzeitig freizugeben, die auf wenig belasteten Arbeitssystemen bearbeitet werden. Dies setzt ein gewisses Maß an Materialflusskomplexität voraus. Durchlaufen alle Aufträge die gleichen Arbeitssysteme, ist ein Belastungsabgleich nicht bzw. nur über Unterschiede in den Auftragszeiten möglich; eine Auftragsfreigabe mit Belastungsabgleich liefe daher meist ins Leere. 5.

Höhe des Dispositionsbestands Die Wirksamkeit eines Belastungsabgleichs hängt von der Menge und der Zusammensetzung der Aufträge ab, die für den Belastungsabgleich zur Verfügung stehen. Dieser Dispositionsbestand umfasst alle bekannten, aber noch nicht freigegebenen Aufträge innerhalb des Vorgriffshorizonts. Je höher der Dispositionsbestand ist und je heterogener seine Zusammensetzung (Materialflusskomplexität) ist, desto mehr kann ein Belastungsabgleich die Leistung der Fertigung (bzw. des Arbeitssystems) erhöhen. Die Höhe des Dispositionsbestandes wird wiederum von vier Faktoren beeinflusst:

• • •

•

Auftragsdurchlaufzeit: Bei gegebener Lieferzeit ist der Dispositionsbestand umso höher, je kürzer die Fertigungsdurchlaufzeit ist. Belastungsverschiebung: Der Dispositionsbestand ist umso höher, je höher die Belastungsverschiebung ist. Rückstand im Zugang zur Fertigung: Der Dispositionsbestand umfasst neben dem geplanten Dispositionsbestand auch alle Aufträge, deren PlanBearbeitungsbeginn bereits überschritten ist, die aber noch nicht freigegeben wurden. Dieser Anteil ist umso höher, je größer der Rückstand im Auftragszugang ist. Bei einer (zusätzlich) bestandsgeregelten Fertigung entspricht der Rückstand im Zugang zur Fertigung näherungsweise dem Rückstand im Abgang der Fertigung. Vorgriffshorizont: Der Dispositionsbestand nimmt mit dem Vorgriffshorizont zu. Bei einem unbegrenzten Vorgriffshorizont umfasst der Dispositionsbestand alle bekannten, aber noch nicht freigegebenen Aufträge.

306

16 Grundlagen der Auftragsfreigabe

16.2 Detaillierungsgrad Die Freigabeentscheidung kann entweder für den gesamten Auftrag gelten (niedriger Detaillierungsgrad) oder für einen einzelnen Arbeitsvorgang (hoher Detaillierungsgrad). Die Unterscheidung des Detaillierungsgrads ist insbesondere für die bestandsregelnde Auftragsfreigabe bedeutsam. Im Folgenden wird eine bestandsregelnde Auftragsfreigabe mit niedrigem Detaillierungsgrad als zentrale Bestandsregelung bezeichnet, eine bestandsregelnde Auftragsfreigabe mit hohem Detaillierungsgrad als dezentrale Bestandsregelung (vgl. dazu auch die Ausführungen in [Wien-02]). Entsprechend gelten die folgenden Definitionen (Bild 16.3).

IFA 10.859

Bild 16.3 Informationsflüsse der zentralen, dezentralen und hybriden Bestandsregelung

16.2 Detaillierungsgrad

307

Eine zentrale Bestandsregelung regelt den Bestand der gesamten Fertigung (Bild 16.3 a). Sie gibt einen Auftrag frei, wenn der Bestand der Fertigung den Plan-Bestand unterschreitet. Dies geschieht häufig, nachdem das letzte Arbeitssystem einen Auftrag fertig gestellt hat. Es gibt dann den Freigabeimpuls für einen weiteren Auftrag. Ein bekanntes Beispiel für eine zentrale Bestandsregelung ist die Conwip-Steuerung (Kap. 18). Eine dezentrale Bestandsregelung regelt den Bestand der Arbeitssysteme (Bild 16.3 b). Entsprechend wird die Auftragsfreigabe für Arbeitsvorgänge und nicht für Aufträge erteilt. Beispiele für eine dezentrale Bestandsregelung sind die PolcaSteuerung und die Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung. Eine hybride Bestandsregelung gibt sowohl den Auftrag als auch die Arbeitsvorgänge frei (Bild 16.3 c). Der Auftrag wird freigegeben, wenn der Gesamtbestand der Fertigung den Plan-Bestand unterschreitet. Ein Arbeitsvorgang darf bearbeitet werden, wenn der Bestand des Arbeitssystems den Plan-Bestand unterschreitet. Die hybride Bestandsregelung unterscheidet sich von der dezentralen Bestandsregelung nur beim ersten Arbeitsvorgang. Hier hält die hybride Auftragsfreigabe einen Auftrag ggf. auch dann zurück, wenn der Bestand des ersten Arbeitssystems den Plan-Bestand unterschreitet. Dies ist der Fall, wenn der Bestand der gesamten Fertigung ihren Plan-Bestand überschreitet. Im Vergleich zur zentralen Bestandsregelung hält eine hybride Bestandsregelung einen Auftrag auch dann zurück, wenn der Bestand der Fertigung den Plan-Bestand unterschreitet, der Bestand am ersten Arbeitssystem den Plan-Bestand aber überschreitet. Die hybride Bestandsregelung ist daher restriktiver als die zentrale und die dezentrale Bestandsregelung. Eine dezentrale Bestandsregelung ist mit folgenden fünf Vorteilen verbunden: 1. Einbindung der Mitarbeiter: Bei einer dezentralen Bestandsregelung können die Mitarbeiter der Fertigung Bestände und Durchlaufzeiten an den Arbeitssystemen selbst regeln. Dies ist eine gute Voraussetzung für kontinuierliche Verbesserungsprozesse. 2. Differenzierung der logistischen Ziele: Die Bestände können an jedem Arbeitssystem auf einem individuell angemessenen Bestandsniveau geregelt werden. So ist es etwa möglich, den Plan-Bestand an bekannten Durchsatzengpässen höher festzulegen als an Arbeitssystemen, die nicht hoch ausgelastet sind. 3. Engpassidentifikation: Die Blockaden einer dezentralen Bestandsregelung geben Hinweise auf den dynamischen Engpass der Fertigung. Diese Information kann für eine Rückstandsregelung genutzt und in sog. Blockadediagrammen visualisiert werden [Lödd-01]. 4. Belastungsabgleich: Eine dezentrale Bestandsregelung führt tendenziell zu einem kurzfristigen Belastungsabgleich beim Durchlauf der Aufträge durch die Fertigung (vgl. dazu Abschn. 24.2 sowie [Lödd-01]). Durch diesen Belastungsabgleich werden die Arbeitssysteme der Fertigung gleichmäßiger ausgelastet. 5. Planbarkeit der Durchlaufzeiten: Die Planbarkeit der Durchlaufzeiten bleibt bei komplexen Materialflüssen tendenziell besser erhalten als bei einer zentralen Bestandsregelung (vgl. dazu die folgende Diskussion der Vor- und Nachteile einer zentralen Bestandsregelung sowie [Lödd-01]).

308

16 Grundlagen der Auftragsfreigabe

Die dezentrale Bestandsregelung ist mit den folgenden vier Nachteilen verbunden: 1. Anzahl der Verfahrensparameter: Die Anzahl der Verfahrensparameter ist wesentlich höher als bei einer zentralen Bestandsregelung. Sie entspricht mindestens der Anzahl der Arbeitssysteme. Eine zentrale Bestandsregelung kommt dagegen im Idealfall mit einem einzigen Verfahrensparameter aus. 2. Blockierte Bestände: Eine dezentrale Bestandsregelung verursacht prinzipbedingt blockierte Bestände in der Fertigung. Dies kann zu Auslastungsverlusten betroffener Arbeitssysteme führen. 3. Wechselseitige Blockaden von Arbeitssystemen: Bei komplexen Materialflüssen besteht die Gefahr, dass sich Arbeitssysteme gegenseitig blockieren. Dies schränkt das Anwendungsgebiet der Steuerungsverfahren ein, falls die Verfahrensregeln eine derartige Blockade nicht ausschließen. 4. Reihenfolgevertauschungen: Die Blockade von Aufträgen kann Reihenfolgevertauschungen verursachen. Dies schränkt die Planbarkeit der Auftragsdurchlaufzeiten ein (vgl. z. B. [Lödd-01]). 5. Terminierungsfreiraum: Eine dezentrale Bestandsregelung engt den Freiraum für die Terminierung der Aufträge stärker ein als eine zentrale Bestandsregelung. Eine Feinterminierung kann nur umgesetzt werden, wenn der PlanBestand an jedem Arbeitssystem unterhalb der Bestandsgrenze bleibt. Bei der zentralen Bestandsregelung gilt dies nur für die Bestandsgrenze der gesamten Fertigung. Die Vor- und Nachteile der zentralen Bestandsregelung ergeben sich als Spiegelbild der Argumente für bzw. wider die dezentrale Bestandsregelung: Ein Nachteil der dezentralen Bestandsregelung ist ein Vorteil der zentralen Bestandsregelung und umgekehrt. Die wichtigsten Argumente werden nachfolgend zusammengefasst: 1. Einfachheit: Eine zentrale Bestandsregelung ist einfacher zu realisieren als ihr dezentraler Widerpart. Erstens sind nur wenige Mitarbeiter direkt in die zentrale Bestandsregelung eingebunden. Zweitens sind wesentlich weniger Verfahrensparameter festzulegen. Drittens ist eine wechselseitige Blockade von Arbeitssystemen grundsätzlich ausgeschlossen. 2. Reihenfolgevertauschungen, Belastungsabgleich und blockierte Bestände: Eine zentrale Bestandsregelung verursacht weder blockierte Bestände noch Reihenfolgevertauschungen. Dies verringert einerseits die Varianz der Durchlaufzeiten, führt andererseits aber auch nicht zu einem kurzfristigen Belastungsabgleich. Dieser kann ggf. jedoch durch die Kombination mit einer geeigneten Reihenfolgeregel erzielt werden (vgl. Kap. 25). 3. Einbindung der Mitarbeiter: Die Fertigungsmitarbeiter können bei einer zentralen Bestandsregelung nur ungenügend in die Regelung von Beständen und Durchlaufzeiten einbezogen werden. 4. Planbarkeit der Durchlaufzeiten. Bei komplexen Materialflüssen schwanken die Auftragsdurchlaufzeiten tendenziell stärker als bei einer dezentralen Bestandsregelung. Um die Durchlaufzeiten prognostizieren zu können, wäre es erforderlich, die Bestandshöhe an den einzelnen Arbeitssystemen der Fertigung

16.3 Auslösungslogik

309

vorhersagen zu können. Dies ist bei einer zentralen Bestandsregelung jedoch nicht möglich [Lödd-01].

16.3 Auslösungslogik Es kann entweder zu bestimmten Zeitpunkten (periodische Auftragsfreigabe) oder nach definierten Ereignissen (ereignisorientierte Auftragsfreigabe) über die Freigabe neuer Aufträge entschieden werden (vgl. [Berg-97]). Beide Möglichkeiten werden in den folgenden Abschnitten erläutert. Periodische Auftragsfreigabe

Die periodische Auftragsfreigabe entscheidet zu im Voraus fest bestimmten Zeitpunkten über die Freigabe neuer Aufträge. Zwischen zwei Freigabezeitpunkten werden keine Aufträge freigegeben. Gängige Freigabezeitpunkte sind der Beginn eines Arbeitstages oder einer neuen Schicht. Die periodische Auftragsfreigabe führt zwangsläufig zu einer stoßweisen Freigabe von Aufträgen und damit zu Bestandsschwankungen (Bild 16.4). Dies gilt vor allem, wenn der Arbeitsinhalt der Aufträge im Mittel deutlich geringer ist als der Arbeitsinhalt einer Auftragsfreigabe. Andernfalls überlagert sich die Streuung der Arbeitsinhalte bzw. Auftragszeiten.

IFA 10.860

Bild 16.4 Bestandsschwankungen bei periodischer Auftragsfreigabe

310

16 Grundlagen der Auftragsfreigabe

Die Bestandsschwankungen sind umso größer, je länger die Freigabeperiode ist. Des Weiteren kann die periodische Auftragsfreigabe die Lieferzeit von Aufträgen – im Mittel um die halbe Periodenlänge – erhöhen: Nach der Generierung kann ein Auftrag meist nicht sofort, sondern frühestens zum nächsten Freigabezeitpunkt freigegeben werden. Schließlich erschwert die periodische Auftragsfreigabe die Festlegung der Bestandsgrenzen. Diese sollte den Abgang während der Freigabeperiode berücksichtigen. Der Abgang hängt offensichtlich von der Kapazität in der Freigabeperiode ab. Variiert diese, muss auch die Bestandsgrenze angepasst werden (vgl. [Brei-02b] für ein Beispiel, in dem die Anzahl der Arbeitstage in den Freigabeperioden aufgrund von Feiertagen streut). Dies ist insbesondere dann schwierig, wenn die Kapazitäten kurzfristig nach der Auftragsfreigabe angepasst werden können. Vorteil der periodischen Auftragsfreigabe ist in der Regel ein geringerer Aufwand als bei der ereignisorientierten Auftragsfreigabe. Ereignisorientierte Auftragsfreigabe

Die ereignisorientierte Auftragsfreigabe entscheidet nach Eintritt bestimmter Ereignisse über die Freigabe von Aufträgen. Diese Ereignisse sind in der Regel:

• • • •

die Erzeugung eines Auftrags das Erreichen des Plan-Starttermins (bzw. des Vorgriffshorizonts) das Unterschreiten einer Bestandsgrenze durch die Fertigstellung eines Auftrags oder eines Arbeitsvorgangs die Änderung eines Verfahrensparameters (z. B. der Bestandsgrenze)

Eine ereignisorientierte Auftragsfreigabe gibt die Aufträge meist gleichmäßig für die Fertigung frei. Dadurch können Bestandsschwankungen im Gegensatz zur periodischen Auftragsfreigabe vermieden werden. Mindestens prinzipiell können Aufträge auch direkt nach ihrer Erzeugung freigegeben werden, so dass die Lieferzeit nicht durch das Warten auf den nächsten Freigabezeitpunkt verlängert wird. Für die ereignisorientierte Auftragsfreigabe müssen die Ereignisse jedoch möglichst zeitnah erfasst werden. Daher ist der Umsetzungsaufwand ggf. höher als der für die periodische Auftragsfreigabe [Berg-97]. Zuweilen ist es schwierig, zwischen der periodischen und der ereignisorientierten Auftragsfreigabe zu unterscheiden:

• •

Bei sehr kurzen Freigabeperioden nähert sich die periodische Auftragsfreigabe der ereignisorientierten Auftragsfreigabe an. Bei einer Auftragsfreigabe nach Termin ist es üblich, die Freigabezeitpunkte auf die Plan-Starttermine abzustimmen. Die Aufträge werden dadurch zu den gleichen Zeitpunkten freigegeben wie bei einer ereignisorientierten Auftragsfreigabe.

Die Auslösungslogik der Auftragsfreigabe ist zudem kein Verfahrensmerkmal: Grundsätzlich können die beschriebenen Auftragsfreigabeverfahren die Aufträge sowohl periodisch als auch ereignisorientiert freigeben. Gleichwohl werden die Verfahren häufig mit der Auslösungslogik assoziiert, die Verfahrensentwickler in ihrer Verfahrensbeschreibung verwenden (vgl. etwa [Berg-97]).

16.4 Klassifizierung der Auftragsfreigabeverfahren

311

16.4 Klassifizierung der Auftragsfreigabeverfahren Um die Übersicht über die verschiedenen Verfahren der Auftragsfreigabe zu erleichtern, zeigt Bild 16.5 eine Klassifizierung von Auftragsfreigabeverfahren. Bildteil a stellt die drei Verfahrensklassen sofortige Auftragsfreigabe, Auftragsfreigabe nach Termin und bestandsregelnde Auftragsfreigabe dar.

IFA 11.494

Bild 16.5 Klassifizierung von Auftragsfreigabeverfahren

Die sofortige Auftragsfreigabe wird im Folgenden nicht weiter erörtert. Sie eignet sich – wie bereits erläutert – nur in Sonderfällen. Die Auftragsfreigabe nach Termin ist Gegenstand des folgenden Kapitels. Sie wird in zahlreichen Unternehmen angewendet und hat daher eine hohe praktische Bedeutung. Der Großteil der Auftragsfreigabeverfahren ist der bestandsregelnden Auftragsfreigabe zuzuordnen. Diese kann zum einen danach klassifiziert werden, ob ein arbeitssystemspezifischer Belastungsabgleich unterstützt wird. Zum anderen ist zwischen einer zentralen und einer dezentralen Bestandsregelung zu unterscheiden (Bild 16.5 b). Die Beschreibung der Verfahren beginnt mit den zentralen Verfahren. Zunächst werden die zentralen Verfahren ohne arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich erläutert (Conwip und Engpass-Steuerung in den Kap. 18 und 19). Anschließend folgen die zentralen Verfahren mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich (Workload Control, Belastungsorientierte Auftragsfreigabe und Auftragsfreigabe mit linearer Programmierung in den Kap. 20 bis 22). Den Abschluss von Buchteil C bilden die dezentralen Auftragsfreigabeverfahren Polca und Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung (Kap. 23 und 24).

17 Auftragsfreigabe nach Termin

Die Auftragsfreigabe nach Termin ist der Standard in der überwiegenden Mehrzahl der PPS-Systeme und beim MRP II-Verfahren. Entsprechend ist das Verfahren sehr weit verbreitet. Die weitaus überwiegende Mehrzahl aller Auftragsfertiger dürfte derzeit noch eine Auftragsfreigabe nach Termin durchführen, die freilich häufig durch manuelle Eingriffe übersteuert wird. Das Kapitel gliedert sich in fünf Abschnitte. Abschnitt 17.1 erläutert die Fertigungssteuerung mit der Auftragsfreigabe nach Termin. Die diesbezüglichen Verfahrensregeln werden anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert (Abschn. 17.2). Dabei werden Defizite in der Fertigungssteuerung mit der Auftragsfreigabe nach Termin aufgedeckt. Abschnitt 17.3 erläutert die Verfahrensparameter der Auftragsfreigabe nach Termin. Das Kapitel schließt mit einem – generalisierten – Fallbeispiel aus der Anwendung der Auftragsfreigabe nach Termin in der industriellen Praxis (Abschn. 17.4). Dabei werden einerseits übliche Anwendungsfehler aufgezeigt. Zum anderen wird beschrieben, wie die Fertigung gesteuert werden sollte, um auch hochgesteckte logistische Ziele zu erreichen.

17.1 Verfahrensbeschreibung Die Auftragsfreigabe nach Termin setzt voraus, dass eine übergeordnete Produktionsplanung eine Liste von Aufträgen erzeugt und die Plan-Starttermine ermittelt hat. In vielen Fällen wird Auftragserzeugung von einem MRP II-Verfahren durchgeführt. Es können jedoch grundsätzlich auch beliebige andere Verfahren zur Auftragserzeugung mit der Auftragsfreigabe nach Termin kombiniert werden. Die Auftragsfreigabe nach Termin kann mit einer einzigen Verfahrenregel beschrieben werden: Die Auftragsfreigabe nach Termin gibt einen Fertigungsauftrag frei, wenn dessen Plan-Starttermin erreicht oder überschritten ist und das erforderliche Material vorhanden ist. Wichtigstes Steuerungsinstrument ist damit eine Liste mit den freizugebenden Aufträgen, die zweckmäßig nach den Plan-Startterminen geordnet ist.

314

17

Auftragsfreigabe nach Termin

Tabelle 17.1 Liste der freizugebenden Aufträge Nr.

Auftragsnummer

PlanStarttermin

Sachnummer

[-]

[-]

[BKT]

[-]

1 2 3 4 5 ...

4012 4125 3984 5642 8221 ...

100 100 101 102 102 ...

43 40 18 42 40 ...

Bild 17.1 zeigt die Informationsflüsse der Auftragsfreigabe nach Termin. Es wird keine Information aus der Fertigung bei der Auftragsfreigabe berücksichtigt.

IFA 10.825B

Bild 17.1 Prinzipdarstellung der Fertigungssteuerung mit der Auftragsfreigabe nach Termin

Die Fertigungssteuerung wird nachfolgend an einem Beispiel erläutert. Betrachtet wird eine Fertigung mit drei Arbeitssystemen. Jeweils zu Tagesbeginn gibt die Fertigungssteuerung Aufträge frei. In der Ausgangssituation befinden sich fünf Aufträge in der Fertigung (Bild 17.2 a). Der Plan-Starttermin der Aufträge 11 und 12 ist erreicht. Das PPS-System prüft die Verfügbarkeit des Ausgangsmaterials für diese Aufträge und löst die Materialbereitstellung aus (Bild 17.2 b). Bis zum nächsten Freigabezeitpunkt bearbeiten die Arbeitssysteme die Aufträge in der Fertigung. Die Aufträge 1 und 2 werden fertig gestellt. Bei den meisten anderen Aufträgen wird mindestens ein Arbeitsvorgang abgeschlossen (Bild 17.2 c).

17.1 Verfahrensbeschreibung

315

IFA 10.889B

Bild 17.2 Funktionsweise der Fertigungssteuerung mit der Auftragsfreigabe nach Termin

Die Produktionsplanung hat in der Zwischenzeit einen weiteren Auftrag generiert (Auftrag 10). Er wird zusammen mit den Aufträgen 3 und 5 am darauf folgenden Tag freigegeben (Bild 17.2 d).

316

17

Auftragsfreigabe nach Termin

17.2 Diskussion der Verfahrensregeln Die Fertigungssteuerung mit der Auftragsfreigabe nach Termin setzt eine sorgfältig durchgeführte Produktionsplanung voraus. Dies gilt insbesondere für die Termin- und Kapazitätsplanung. Die Auftragsfreigabe nach Termin wird nachfolgend anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert (vgl. Abschn. 3.3.2). 1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Die Auftragsfreigabe nach Termin ist nicht in der Lage, die Bestände der Fertigung zu regeln. Gerät die Fertigung in Rückstand, baut sich Bestand auf. Gelingt es der Fertigung, den Plan-Abgang zu übertreffen, gibt die Auftragsfreigabe nach Termin keine Aufträge vorzeitig frei. So können Phasen überdurchschnittlich hoher Produktivität nur beschränkt ausgenutzt werden, da die Fertigung leer zu laufen droht. Auch wenn das Material für einige Fertigungsaufträge nicht verfügbar ist, gibt die Auftragsfreigabe nach Termin keine anderen Aufträge vorzeitig frei, um die Auslastung der Produktion zu sichern. Insgesamt benötigt die Auftragsfreigabe nach Termin daher einen höheren mittleren Bestand als ein bestandsregelndes Auftragsfreigabeverfahren, um eine vergleichbare Leistung zu erzielen. Diese Zusammenhänge werden ausführlich von Hopp und Spearman diskutiert [Hopp-96]. 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Der Fertigungssteuerung mit der Auftragsfreigabe nach Termin fehlen aus den genannten Gründen die Voraussetzungen, um Bestandsschwankungen zu vermeiden. Eine sorgfältige Termin- und Kapazitätsplanung, die sowohl Überlastungen als auch Unterlastungen der Fertigung vermeidet, trägt jedoch zu einem gleichmäßigen Bestandsverlauf bei. Ihr kommt bei der Fertigungssteuerung mit der Auftragsfreigabe nach Termin eine sehr hohe Bedeutung zu. 3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Während des Auftragsdurchlaufs durch die Fertigung verursacht die Auftragsfreigabe nach Termin keine blockierten Bestände. Sie hält jedoch alle Aufträge zurück, deren Plan-Starttermin noch nicht erreicht ist. Im Vergleich zur sofortigen Auftragsfreigabe (vgl. Kap. 16) trägt dies dazu bei, die Bestände in der Fertigung zu reduzieren. Dies gilt insbesondere für mehrstufige Produkte. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Ein zeitlicher Belastungsabgleich beschleunigt oder verzögert die Freigabe oder den Durchlauf von Aufträgen mit dem Ziel, Materialflussabrisse zu vermeiden (Beschleunigung) oder einen Bestandsaufbau zu verhindern (Verzögerung). Die Auftragsfreigabe nach Termin beschränkt die Möglichkeit eines Belastungsab-

17.2 Diskussion der Verfahrensregeln

317

gleichs auf die Phase der Produktionsplanung. Es ist Aufgabe der Termin- und Kapazitätsplanung, die Aufträge so einzuplanen, dass Belastungsspitzen ebenso vermieden werden wie temporäre Unterlastsituationen an kapazitätskritischen Arbeitssystemen. Viele Unternehmen führen die Termin- und Kapazitätsplanung nicht mit der notwendigen Sorgfalt durch. Wesentliche Gründe hierfür sind: • •

•

•

Die PPS-Software bietet keine ausreichende Unterstützung durch automatisch berechnete Planungsvorschläge. Dies erhöht den manuellen Aufwand in der Termin- und Kapazitätsplanung. Veraltete PPS-Systeme berechnen die Kapazitätsbelastung auf Basis des PlanDurchlaufs der Aufträge, ohne den tatsächlichen Fertigungsfortschritt zu berücksichtigen. Gerät die Fertigung in Rückstand, verplanen diese PPSSysteme Kapazitäten für neue Aufträge, die von den verzögerten Aufträgen noch beansprucht wird. Folge ist eine Überlastung der Fertigungskapazitäten. Viele Unternehmen treffen unrealistische Lieferterminzusagen. Es ist dann häufig unmöglich, die Aufträge so einzuplanen, dass alle Fertigungsaufträge termingerecht fertig gestellt werden können. Eine realistische Terminierung der Aufträge würde einen Teil der Aufträge so einplanen, dass die Lieferterminzusage verletzt würde. Vor dieser Entscheidung schrecken viele Unternehmen zurück. Dabei wäre es gerade in derartigen Situationen notwendig, die erforderliche Transparenz zu schaffen und die Aufträge schon vor der Freigabe in die Fertigung zu priorisieren. Anderenfalls gerät die Fertigung zwangsläufig in Rückstand. Nicht selten entscheidet dann der Zufall mit, welche Aufträge termingerecht fertig gestellt werden. Mindestens ebenso wichtig wie eine realistische Einplanung der Aufträge ist es, keine unrealistischen Lieferterminzusagen zu treffen. Eine periodisch durchgeführte Produktionsplanung kann Plan-Abweichungen, die zwischen zwei Planungsläufen auftreten, nicht unmittelbar berücksichtigen. Bei langen Planungszyklen kann eine periodische Produktionsplanung daher prinzipbedingt nur verzögert auf Plan-Abweichungen reagieren.

5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Die Auftragsfreigabe nach Termin verursacht keine Reihenfolgevertauschungen. 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Plan-Abweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Es ist Aufgabe der Fertigungssteuerung, einen Rückstand zu verhindern und einen entstandenen Rückstand abzubauen. Dazu ist die Kapazität kurzfristig zu erhöhen. Die Auftragsfreigabe nach Termin führt keine Rückstandsregelung durch. Daher ist es sinnvoll, die Fertigungssteuerung um eine Rückstandsregelung zu ergänzen. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Bei einer Auftragsfreigabe nach Termin kann das Engpassprinzip nur in der Termin- und Kapazitätsplanung berücksichtigt werden. Eine Möglichkeit hierzu wäre es, an den Engpassarbeitssystemen der Fertigung vergleichsweise hohe Bestände

318

17

Auftragsfreigabe nach Termin

einzuplanen und diese bei der Termin- und Kapazitätsplanung generell besonders zu beachten. 8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Die Fertigungssteuerung mit der Auftragsfreigabe nach Termin ist – mit nur einer einzigen Verfahrensregel – sehr einfach. Dies dürfte – neben dem großen Angebot von PPS-Software mit Auftragsfreigabe nach Termin – ein wesentlicher Grund für die Verbreitung des Verfahrens sein.

17.3 Festlegung der Verfahrensparameter Einziger Parameter der Fertigungssteuerung mit der Auftragsfreigabe nach Termin sind die Plan-Starttermine. Sie werden in der Regel im Rahmen der Termin- und Kapazitätsplanung bestimmt (vgl. Abschn. 4.1.2.2). Generell kann zwischen einer Terminierung mit begrenzter Kapazität und einer Terminierung mit unbegrenzten Kapazitäten unterschieden werden. Die in Abschnitt 3.2.2.3 beschriebene Flussgradorientierte Terminierung gehört der letztgenannten Kategorie an. Für die Terminierung in die begrenzte Kapazität sei auf die Fachliteratur verwiesen (vgl. etwa [Pine-99]).

17.4 Anwendung Eine Auftragsfreigabe nach Termin ist insbesondere für Unternehmen sinnvoll, die eine sorgfältige Produktionsplanung durchführen und aufeinander abgestimmte und realistische Plan-Starttermine für die Aufträge bestimmen. Weiterhin sollte die Umsetzung der Plan-Termine möglich sein. Dies setzt zum einen zuverlässige Lieferanten voraus, die die Materialverfügbarkeit im Auftragszugang gewährleisten. Zum anderen sollte das Unternehmen Störungen in der Abfertigung entweder ganz vermeiden oder aber durch eine Rückstandsregelung schnell und zuverlässig ausregeln können. Statt ein einzelnes Anwendungsbeispiel über die Anwendung der Auftragsfreigabe nach Termin zu erläutern, enthält das folgende fiktive Fallbeispiel Elemente aus mehreren Industrieprojekten. Ziel ist es aufzuzeigen, warum die logistischen Ziele mit dem Verfahren in der Praxis häufig verfehlt werden. Damit hat das Fallbeispiel teilweise den Charakter einer Worst-Case-Betrachtung. Auch wenn es in der Praxis natürlich Beispiele für eine erfolgreiche Anwendung der Auftragsfreigabe nach Termin gibt, dürften sich wesentliche Elemente des Fallbeispiels in vielen Unternehmen wiederfinden. Das Fallbeispiel gliedert sich in die drei Teile der Beschreibung des Unternehmens und der Fertigungssteuerung (Abschn. 17.4.1), der Analyse (Abschn. 17.4.2) und des Maßnahmenkatalogs zur Verbesserung der logistischen Zielerreichung (Abschn. 17.4.3).

17.4 Anwendung

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17.4.1 Fertigungssteuerung in der Leiterplatten GmbH Die Leiterplatten GmbH stellt in kundenspezifischer Auftragsfertigung Leiterplatten her. Zu den Kunden gehören Unternehmen der Automobilindustrie, des Maschinenbaus und der Elektronik. Die Kunden bestücken die Leiterplatten mit elektronischen Bauelementen und bauen sie in ihre Produkte ein. Weil die elektronischen Bauelemente in der Regel auf Lager liegen, bestimmen die Leiterplatten häufig die Lieferzeit der gesamten Flachbaugruppe. Damit ist die Lieferzeit ein wesentliches logistisches Qualitätsmerkmal, mit dem die Leiterplattenhersteller um Kundenaufträge konkurrieren. Dies drückt sich auch in den erheblichen Expresszuschlägen aus, die Leiterplattenhersteller ihren Kunden für besonders kurze Lieferzeiten berechnen (vgl. dazu Bild 2.3). Die Leiterplatten GmbH offeriert ihren Kunden – dem Branchenstandard entsprechend – eine Standardlieferzeit von 15 BKT. Zweites logistisches Qualitätsmerkmal ist die Liefertermineinhaltung, also der prozentuale Anteil der Lieferungen, die vor oder zum zugesagten Liefertermin ausgeliefert werden (vgl. Bild 17.3 sowie die Definition der Liefertermineinhaltung in Abschn. 2.1.2).

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Bild 17.3 Verteilung der Lieferterminabweichung der Leiterplatten GmbH

Die mangelnde Liefertermineinhaltung ist eine wesentliche Sorge der Leiterplatten GmbH. Sie liefert nur etwas mehr als ein Viertel der Aufträge rechtzeitig aus. Im Mittel verspäten sich die Lieferungen um fast zwei Betriebskalendertage, gegenüber der internen Planung sogar um fast vier Tage (Sicherheitslieferzeit = 2 BKT). Zudem streut die Lieferterminabweichung stark: Ein Teil der Aufträge wird sogar früher fertig gestellt als erforderlich. Dafür verspäten sich andere Aufträge deutlich mehr als eine Woche. Die schlechte Liefertermineinhaltung schwächt die Verhandlungsposition der Leiterplatten GmbH gegenüber ihren Kunden. Sie muss bei den Preisen Zuge-

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17

Auftragsfreigabe nach Termin

ständnisse machen und – als Ausgleich für verspätete Lieferungen – Lieferterminzusagen für Neuaufträge eingehen, die nur durch eine starke Priorisierung der Aufträge eingehalten werden können. Die sonst üblichen Preisaufschläge kann sie für solche Kompensationsaufträge nicht durchsetzen. Trotz einer hohen Auslastung der Betriebsmittel – die Leiterplatten GmbH arbeitet an zentralen Arbeitssystemen im 3-Schicht-Betrieb – erwirtschaftet sie nur geringe Gewinne. Die Eigentümer drohen daher regelmäßig und mit wachsendem Nachdruck damit, das Unternehmen zu verkaufen. Der Kontakt zu den Kunden liegt in den Händen des Vertriebs. Wichtige Kunden und Aufträge betreut der Geschäftsführer persönlich. Wenn der Vertrieb einen Auftrag gewinnt, vereinbart er mit dem Kunden Preis und Lieferzeit sowie die wesentlichen Auftragsspezifikationen. Diese Informationen werden dem Auftragszentrum der Leiterplatten GmbH mitgeteilt. Die genauen Produktspezifikationen übermittelt der Auftraggeber der Leiterplatten GmbH mittels elektronischer Datenübermittlung. Das Auftragszentrum terminiert die eingehenden Aufträge. Die Auftragsdurchlaufzeit ergibt sich als Summe der Arbeitsvorgangsdurchlaufzeiten. Die Arbeitsvorgangsdurchlaufzeit ist den Arbeitssystemen der Fertigung fest hinterlegt. Aus den geplanten Auftragsdurchläufen und Auftragszeiten berechnet das Auftragszentrum die geplante Belastung der als kapazitätskritisch erachteten Kapazitäten. Deutet sich eine Überlastung an, informiert das Auftragszentrum den Vertrieb. Ist der Plan-Starttermin eines Auftrags erreicht, gibt das Auftragszentrum den Auftrag frei, wenn das Basismaterial der Leiterplatten vorhanden ist. Dies ist wegen der weitgehenden Standardisierung des Basismaterials fast immer der Fall, auch wenn während konjunktureller Hochphasen zeitweise Lieferengpässe auftreten können. Einen Teil der Aufträge gibt das Auftragszentrum schon vor Erreichen des Plan-Starttermins frei. Dies betrifft vor allem Aufträge, die besonders wichtig erscheinen. Die Mitarbeiter des Auftragszentrums hoffen, dass diese Aufträge aufgrund der zusätzlich gewährten Durchlaufzeit rechtzeitig fertig gestellt werden können. Darüber hinaus werden Aufträge vorzeitig freigegeben, wenn Arbeitssysteme freie Kapazitäten melden. Nach der Freigabe durchlaufen die Fertigungsaufträge die Arbeitssysteme der Fertigung. Die Reihenfolge, in der die Aufträge an den Arbeitssystemen der Fertigung bearbeitet werden, hängt von den einzelnen Mitarbeitern und von den Arbeitssystemen ab. Einige gängige Varianten der Reihenfolgebildung sind: Rüstoptimierung: Einige Arbeitssysteme müssen umgerüstet werden, wenn das Format der Leiterplatten wechselt. Leiterplatten gleichen Formats können dagegen ohne Umrüsten bearbeitet werden. Um Rüstvorgänge zu vermeiden, arbeiten die Mitarbeiter an diesen Arbeitssystemen in der Regel alle Aufträge desselben Formats ab, bevor sie die Maschine auf ein neues Format umstellen. Längste Operationszeit: Viele Mitarbeiter empfinden das Umrüsten einer Maschine als lästige Aufgabe. Sie bearbeiten daher bevorzugt große Aufträge, so dass sie (kurzfristig) weniger Rüstvorgänge ausführen müssen. Sie können zudem (kurzfristig) eine höhere Zahl von Leiterplatten fertigen als bei der Bearbeitung

17.4 Anwendung

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von kleinen Aufträgen. Bedient ein Mitarbeiter mehrere Maschinen, erleichtert es die Auswahl großer Aufträge, Maschinenstillstände zu verhindern. Zufällige bzw. nicht vorhersagbare Bearbeitungsreihenfolge: Einige Mitarbeiter wählen die Aufträge mehr oder weniger zufällig aus dem verfügbaren Bestand aus. Dabei spielen zum Teil Kriterien wie die Zugänglichkeit eines Auftrags oder die Vereinbarkeit der Bearbeitungsdauer eines Auftrags mit der persönlichen Arbeitszeit eine Rolle. Die resultierende Bearbeitungsreihenfolge kann nicht vorhergesagt werden. First-in-First-out: Eine Reihe von Mitarbeitern legt Wert darauf, die Aufträge in der Reihenfolge ihrer Ankunft am Arbeitssystem abzuarbeiten. Diese Mitarbeiter achten darauf, dass eingehende Fertigungsaufträge stets an das Ende der Warteschlange eingereiht werden. Dringlichkeit: Viele Mitarbeiter bemühen sich, die Aufträge nach ihrer Dringlichkeit abzuarbeiten. Dabei hilft ihnen ein Auftragsbegleitzettel, auf dem die Plan-Endtermine für die einzelnen Arbeitsvorgänge vermerkt sind. An einigen Arbeitssystemen informieren zudem Monitore über die Dringlichkeit der Aufträge im Bestand. Prioritätsstufe: Die Leiterplatten GmbH vergibt unterschiedliche Prioritätsstufen für die Fertigungsaufträge (z. B.: Normalauftrag, Eilauftrag, Geschäftsführerauftrag, usw.). Diese Prioritätsstufen werden häufig auch von den Mitarbeitern beachtet, die sich um die meist schon überschrittenen Plan-Endtermine der Arbeitsvorgänge nicht (mehr) kümmern. Gemischte Kriterien: Die Mehrheit der Mitarbeiter arbeitet die Aufträge nicht streng nach einem der genannten Kriterien ab, sondern kombiniert sie miteinander. Dabei geben sie unterschiedlichen Kriterien unterschiedliches Gewicht. Die resultierende Reihenfolgebildung lässt sich meist nicht oder nur schwierig formalisieren. Wenn sich wichtige Kunden über die verspäteten Lieferungen beschweren, ordnet die Geschäftsführung von Zeit zu Zeit Sonderschichten am Wochenende an, um den Rückstand der Fertigung zu reduzieren. Das Unternehmen lagert dann zudem Aufträge an Produktionsdienstleister aus, die Bohrungen für die Durchkontaktierungen ausführen. Unabhängig von Belastung und Rückstand vergibt das Unternehmen Arbeitsvorgänge an Wettbewerber, die es aus technologischen Gründen nicht selber fertigen kann. Dies kommt jedoch nur selten vor. Nach der Fertigstellung werden die Aufträge an die Kunden geliefert. Für verspätete Aufträge wird in der Regel ein örtlicher Expressdienst beauftragt, der sich einer sehr guten Auftragslage erfreut. Die Mehrkosten für die Expresszulieferung sind erheblich. In mehr oder weniger regelmäßigen Abständen wertet das Unternehmen die Rückmeldungen des Betriebsdatenerfassungssystems aus. Ein Mitarbeiter des Auftragszentrums berechnet aus den Rückmeldedaten Liefertreue und Durchlaufzeiten der Fertigung. Die gemessenen Durchlaufzeiten werden bei der Festlegung der Plan-Durchlaufzeiten berücksichtigt.

322

17

Auftragsfreigabe nach Termin

17.4.2 Analyse des Fallbeispiels Die Produktionsplanung und insbesondere die Fertigungssteuerung werden nachfolgend auf Schwachpunkte untersucht. Die Analyse umfasst acht Bereiche: 1.

Langfristige Kapazitätsplanung Trotz der mangelhaften Liefertreue, die auf die Kunden abschreckend wirkt, kann die Leiterplatten GmbH aufgrund der Produktqualität genügend Aufträge akquirieren, um die Fertigungskapazitäten auszulasten. Es fehlt ihr jedoch die Kapazitätsflexibilität, um Schwankungen im Auftragszugang bewältigen zu können. Zudem nutzt das Unternehmen die vorhandene Belastungsflexibilität nicht aus. Bei einem höheren Auftragseingang lehnt es weder Aufträge ab, noch verlängert es die Lieferzeiten. Die Fertigung gerät dadurch in Rückstand und kann die Fertigungsaufträge nur mit Verspätung ausliefern. 2.

Abstimmung von Vertrieb und Produktion Die fehlende Integration des Vertriebs in den Prozess der Auftragsabwicklung ist augenfällig. Der Vertrieb kann Liefertermine zusagen, ohne die Belastung der Kapazitäten zu berücksichtigen. Er ist über die Kapazitätsbelastung der Fertigung trotz der Auswertungen des Auftragszentrums auch nur unzureichend informiert. Insbesondere existiert kein formalisiertes Vorgehen, mit dem er realistische Liefertermine ermitteln könnte. Auf der anderen Seite fehlt dem Auftragszentrum jede Möglichkeit, die Belastung der Fertigung zu beeinflussen. 3.

Auftragsterminierung Die Plan-Durchlaufzeiten der Aufträge werden nicht systematisch festgelegt. Einerseits erhält jeder Arbeitsvorgang an einem Arbeitssystem die gleiche PlanDurchlaufzeit. Dies vernachlässigt die Unterschiede in den Auftragszeiten. Gravierender ist jedoch, dass die Arbeitssystemdurchlaufzeiten selbst unsystematisch festgelegt werden. Maßstab sind zum einen die marktüblichen Lieferzeiten und zum anderen die gemessenen Durchlaufzeiten. Letzteres birgt die Gefahr, die Plan-Durchlaufzeiten schrittweise zu erhöhen, wenn die Fertigung in Rückstand gerät (vgl. dazu den sog. Fehlerkreis der Fertigungssteuerung, [Wien-97b]). 4.

Operative Kapazitätsplanung Die zukünftige Belastung der Kapazitäten wird allein auf Grundlage der PlanDurchläufe der Aufträge abgeschätzt. Sobald der tatsächliche Durchlauf der Aufträge von der Planung abweicht, stimmt in vielen Fällen auch die berechnete zukünftige Belastung der Kapazitäten nicht mehr mit der Realität überein. Einerseits wird die Belastung von Aufträgen nicht berücksichtigt, die zum Planungszeitpunkt noch nicht fertig gestellt wurden, obwohl der Plan-Endtermin erreicht ist. Dies führt zu einer Unterschätzung des Kapazitätsbedarfs. Andererseits rechnet die Kapazitätsplanung mit einer Belastung von vorzeitig fertig gestellten Aufträgen, deren Plan-Endtermin zum Planungszeitpunkt noch nicht erreicht ist. Dies führt zu einer Überschätzung des Kapazitätsbedarfs. Insgesamt ist die operative Kapazitätsplanung damit nicht in der Lage, die zukünftige Kapazitätsbelastung realistisch abzuschätzen. Selbst wenn es den Mitarbeitern gelingt, eine zukünftige Überlastung der Kapazitäten rechtzeitig auszuwei-

17.4 Anwendung

323

sen, zieht das Unternehmen hieraus jedoch allenfalls halbherzig Konsequenzen: Es reicht nicht aus, den Vertrieb über eine Überlastung der Kapazitäten zu informieren, ohne dies mit klaren Handlungsanweisungen zu verbinden. 5.

Auftragsfreigabe Die Leiterplatten GmbH gibt besonders wichtige Aufträge vorzeitig frei, um die rechtzeitige Fertigstellung der Aufträge zu garantieren. Dadurch steigt der Bestand in der Fertigung an, und es konkurrieren dringende Aufträge mit noch nicht dringenden Aufträgen um die knappen Kapazitäten der Fertigung. Eine vorzeitige Fertigstellung von Aufträgen hat – wenn die Fertigung nicht insgesamt mehr geleistet hat als geplant – dann zwangsläufig die Verspätung anderer Aufträge zur Folge (vgl. Abschn. 3.2.1.3). Differenzierter zu beurteilen ist die vorzeitige Auftragsfreigabe, wenn Arbeitssysteme der Fertigung über freie Kapazitäten verfügen. Handelt es sich um Durchsatzengpässe der Fertigung, kann die Leistung der gesamten Fertigung erhöht werden. Melden jedoch nicht kapazitätskritische Arbeitssysteme freie Kapazitäten, erhöht eine vorzeitige Freigabe von Aufträgen lediglich den Bestand der Fertigung. 6.

Reihenfolgebildung Die Reihenfolgevertauschungen in der Fertigung tragen – neben dem Fertigungsrückstand – zur schlechten Liefertreue der Leiterplatten GmbH bei. Grundsätzlich versäumt das Unternehmen zum einen, klare Anweisungen zu geben, in welcher Reihenfolge die Aufträge an den Arbeitssystemen bearbeitet werden sollen. Zum anderen mangelt es an der Durchsetzung und Kontrolle der vorhandenen Planungsvorgaben. 7.

Rückstandsregelung Die Möglichkeiten der Leiterplatten GmbH, einen Rückstand durch eine Kapazitätserhöhung abzubauen, sind begrenzt. Die Durchsatzengpässe der Fertigung arbeiten bereits im 3-Schicht-Betrieb. Es bestehen daher nur zwei Möglichkeiten, die Kapazität zu erhöhen. Erstens durch Wochenendschichten und zweitens durch die Auslagerung kapazitätskritischer Arbeitsvorgänge an Fremdunternehmen. Von der Möglichkeit, Wochenendschichten zu fahren, macht das Unternehmen zu spät Gebrauch. Es veranlasst sie erst, wenn die Fertigung bereits in Rückstand geraten ist und die Kunden die verspäteten Lieferungen reklamieren. Die Möglichkeit, kapazitätskritische Arbeitsvorgänge auszulagern, nutzt das Unternehmen bisher ausschließlich bei der mechanischen Bearbeitung der Leiterplatten beim Bohren der Durchkontaktierungen. 8.

Logistisches Produktionscontrolling Ein logistisches Produktionscontrolling ist bisher nur in Ansätzen vorhanden. Mit der Auswertung der Durchlaufzeiten und der Termintreue konzentriert sich die Leiterplatten GmbH ausschließlich auf die logistische Zielerreichung. Diese ist zwar erforderlich, lässt aber die Ursachen für eine mangelnde Zielerreichung außer Acht. Insbesondere fehlt eine Auswertung des Fertigungsrückstands und der Reihenfolgedisziplin. Zudem werden die logistischen Zielgrößen mit erheblichem zeitlichen Verzug ausgewertet.

324

17

Auftragsfreigabe nach Termin

17.4.3 Ableitung von Verbesserungsmaßnahmen Im Folgenden werden Maßnahmen erläutert, die sich dazu eignen, die logistische Zielerreichung der Leiterplatten GmbH zu verbessern. Sie sind nach den gleichen acht Bereichen gegliedert wie die Analyse der Ursachen der mangelhaften logistischen Zielerreichung. 1.

Langfristige Kapazitätsplanung Die Leiterplatten GmbH sollte eine Ausweitung der Kapazitäten erwägen. Bereits jetzt begrenzen die Kapazitäten das Unternehmenswachstum. Ausreichende Kapazitäten sind zudem eine Grundvoraussetzung, um den Kunden kurze Lieferzeiten zusagen zu können. Das Unternehmen verfügt außerdem über zusätzliches Potenzial, die Lieferzeiten zu verkürzen und die Liefertreue zu erhöhen (siehe dazu die folgenden Ausführungen). Daher stehen die Chancen gut, für die zusätzlichen Kapazitäten Aufträge zu gewinnen und den Umsatz zu steigern. 2.

Abstimmung von Vertrieb und Produktion Die Leiterplatten GmbH sollte ein formalisiertes System einführen, um die Lieferzeiten zu bestimmen. Dieses System sollte insbesondere die Belastung der Kapazitäten berücksichtigen. Für die Umsetzung eines derartigen Systems sind vor allem zwei Möglichkeiten denkbar:

1. Die Vertriebsmitarbeiter erhalten – ggf. über eine elektronische Verbindung – Zugang zur Produktionsplanung des Unternehmens und können die Aufträge selbstständig einbuchen. Bei einer derartigen Lösung würden die Vertriebsmitarbeiter Teilaufgaben des Auftragszentrums übernehmen. Sie können sich so ein Bild von der tatsächlichen Belastungssituation in der Fertigung machen und realistische Liefertermine bestimmen. 2. Das Auftragszentrum bestimmt die Liefertermine der Aufträge (ggf. in Abstimmung mit dem Vertrieb) und erhält dadurch die Kontrolle über die Belastung der Fertigung. 3.

Auftragsterminierung Die Leiterplatten GmbH sollte die Plan-Durchlaufzeiten auf der Grundlage einer logistischen Positionierung bestimmen. Ein geeignetes Verfahren dazu ist die Flussgradorientierte Terminierung. Ziel sollte es sein, die Auftragsdurchlaufzeit deutlich unter die marktübliche Lieferzeit zu senken. In diesem Fall kann das Unternehmen einen erheblichen logistischen Wettbewerbsvorteil erlangen. 4.

Operative Kapazitätsplanung Die Leiterplatten GmbH sollte die Abweichungen der tatsächlichen von den geplanten Auftragsdurchläufen bei der Berechnung der Kapazitätsbelastung berücksichtigen. Um den Aufwand dafür zu begrenzen, kann es den Rückstand zum Planungszeitpunkt als Maß für die zusätzlich zu erwartende Kapazitätsbelastung verwenden. Für eine derartige aggregierte Kapazitätsplanung hat es sich bewährt, den Plan- und den Ist-Abgang eines Arbeitssystems bzw. einer Fertigung im Durchlaufdiagramm darzustellen (vgl. Bild 3.10).

17.4 Anwendung

325

5.

Auftragsfreigabe Die Leiterplatten GmbH sollte auch besonders wichtige Aufträge erst zum PlanStarttermin freigeben. Mittelfristig sollte das Unternehmen die Rahmenbedingungen schaffen, alle Fertigungsaufträge rechtzeitig fertig stellen zu können. Sonderbehandlungen für besonders wichtige Aufträge sind dann überflüssig. Kurzfristig kann die Firma derartige Aufträge besonders kennzeichnen. Sie erhalten dann eine höhere Priorität, sobald der Plan-Fertigstellungstermin für einen Auftrag erreicht ist. Vor dem Plan-Fertigstellungstermin gelten für die gekennzeichneten Aufträge jedoch keine Sonderregelungen. Auf diese Weise wird eine vorzeitige Fertigstellung der Aufträge vermieden, die dringendere Aufträge verdrängt. Um die Fertigung besser auszulasten, sollte die Leiterplatten GmbH Aufträge nur dann vorzeitig freigeben, wenn an den Durchsatzengpässen Materialflussabrisse drohen. Solange die Fertigung im Rückstand ist, dürfte dies nur ausnahmsweise der Fall sein. 6.

Reihenfolgebildung Die Leiterplatten GmbH sollte für jedes Arbeitssystem eindeutige Vorgaben für die Reihenfolgebildung treffen und die Bedeutung kommunizieren, die ihre Einhaltung für den Unternehmenserfolg hat. Das Unternehmen sollte ferner die Voraussetzungen dafür schaffen, dass die Mitarbeiter die Reihenfolgeregeln einhalten können. Dazu gehört vor allem eine eindeutige Kennzeichnung der Priorität der Aufträge, falls vorhanden über Monitore an den Arbeitsplätzen. Schließlich sollte die Leiterplatten GmbH die Einhaltung der Vorgaben zur Reihenfolgebildung kontrollieren und geeignete Anreize für ihre Einhaltung schaffen. 7.

Rückstandsregelung Die Leiterplatten GmbH sollte ein formalisiertes Verfahren zur Rückstandsregelung einführen. Im einfachsten Fall könnte das Unternehmen automatisch eine Wochenendschicht veranlassen, sobald der Rückstand der Fertigung oder der Durchsatzengpässe einen definierten Grenzwert überschreitet. Feiner können Unternehmen die Rückstandsregelung dosieren, wenn sie größere Kapazitätsreserven vorhalten, um Belastungsschwankungen und PlanAbweichungen ausgleichen zu können. In diesem Fall reichen häufig Überstunden aus, um einen Rückstand abzubauen. Geeignete Methoden zur Rückstandsregelung werden in Kapitel 26 diskutiert. 8.

Logistisches Produktionscontrolling Die Leiterplatten GmbH sollte das logistische Produktionscontrolling einerseits auf die Einflussgrößen Rückstand, Reihenfolgedisziplin und Bestand ausweiten. Andererseits sollte das Unternehmen versuchen, die logistischen Kennzahlen zeitnäher zu erfassen und auszuwerten. Im Idealfall gelingt es, die Berechnung der wichtigsten logistischen Kennzahlen weitgehend zu automatisieren. Unabhängig vom tagesaktuellen Controlling kann in größeren zeitlichen Abständen ein ausführlicher Bericht – z. B. in Form eines Audits [Trac-97] – über die logistische Zielerreichung verfasst werden. Dieser sollte zum einen die mittel- bis langfristige Entwicklung darstellen. Zum anderen sollte er geeignete Maßnahmen diskutieren und erläutern, wie die logistische Zielerreichung weiter verbessert werden kann.

18 Constant Work in Process

Die Conwip-Steuerung erfährt seit den 90er Jahren auf dem Gebiet der Fertigungssteuerungsverfahren vermehrte Aufmerksamkeit. Spearman und Hopp prägten den eingängigen Namen (Conwip = Constant Work in Process) und haben erheblichen Anteil an der Verbreitung des Verfahrens und am Verständnis seiner Vorteile [Spea-89, Spea-90, Spea-92, Hopp-96]. Das Verfahren selbst wurde – wenngleich unter anderen Bezeichnungen und mit zum Teil leicht abweichenden Verfahrensregeln – allerdings schon vorher untersucht und in der Praxis angewendet (vgl. z. B. [Wein-88, Raga-88, Bake-84] und die dort angegebene Literatur). Conwip wird in der Regel mit der Steuerung von Fertigungslinien assoziiert. Es kann jedoch auch bei komplexeren Materialflüssen angewendet werden (vgl. dazu [Lödd-01]). Grundidee des Verfahrens ist es, den Bestand einer Fertigung bzw. einer Fertigungslinie auf konstantem Niveau zu halten. Das Kapitel gliedert sich wie folgt: • • • • •

Abschnitt 18.1 erläutert die Verfahrensregeln an einem Beispiel. Abschnitt 18.2 diskutiert die Verfahrensregeln anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren. Abschnitt 18.3 beschreibt die Festlegung der Verfahrensparameter, insbesondere der Anzahl der Conwip-Karten. Abschnitt 18.4 diskutiert die eher unübliche unternehmensübergreifende Anwendung der Conwip-Steuerung. Abschnitt 18.5 berichtet in knapper Form über Anwendungserfahrungen mit der Conwip-Steuerung.

18.1 Verfahrensbeschreibung Die Verfahrensregeln der Conwip-Steuerung sind sehr einfach: Sie gibt einen Auftrag für eine Fertigungslinie frei, sobald der Bestand der Fertigungslinie die Bestandsgrenze unterschreitet (vgl. Bild 18.1 für eine Prinzipdarstellung). Dazu wird derjenige Auftrag aus der Liste freizugebender Aufträge1 ausgewählt, der die höchste Priorität hat. Die Liste freizugebender Aufträge enthält alle bekannten, aber noch nicht freigegebenen Aufträge, deren Plan-Starttermin innerhalb eines definierten Vorgriffshorizonts liegt [Hopp-96]. 1

Hopp und Spearman bezeichnen die Aufträge in der Liste als Backlog (engl.: Auftragsbestand), die Liste dementsprechend als Backlog List.

328

18 Constant Work in Process

IFA G9609b

Bild 18.1 Prinzip der Conwip-Steuerung

Die Bedingung für die Aufnahme in die Auftragsliste lautet entsprechend [Spea-90]:

TP0 + VH ≥ TStart mit

TP0 VH TStart

(18.1)

Planungszeitpunkt [BKT] Vorgriffshorizont [BKT] Plan-Starttermin des Auftrags [BKT]

Bei einer begrenzten Variantenzahl mit hoher Wiederholhäufigkeit kann die Liste freizugebender Aufträge häufig vereinfacht dargestellt werden. Sie enthält dann lediglich die Reihenfolge, in der die einzelnen Varianten gefertigt werden sollten (Bild 18.2 a).

IFA 10.928

Bild 18.2 Hilfsmittel der Conwip-Steuerung

Der Bestand in der Fertigung wird in Anzahl Teilen, in Anzahl Aufträgen oder in Vorgabestunden gemessen [Hopp-96]. Im letztgenannten Fall wird das Verfah-

18.1 Verfahrensbeschreibung

329

ren auch als Maximum Load Limit bezeichnet (vgl. dazu etwa [Meln-91]). Es gibt für die Berechnung der Vorgabezeiten die folgenden Alternativen: 1. Die Vorgabezeit des Auftrags entspricht der Summe der Vorgabezeiten seiner Arbeitsvorgänge. 2. Die Vorgabezeit des Auftrags entspricht der Summe der Vorgabezeiten der noch nicht abgeschlossenen Arbeitsvorgänge [Meln-89]. 3. Die Vorgabezeit des Auftrags entspricht der Vorgabezeit des Engpassarbeitssystems. Im Folgenden beziehen sich die Ausführungen auf die Maßeinheit Anzahl Aufträge. Die Bestandsregelung der Conwip-Steuerung kann mit Hilfe von ConwipKarten umgesetzt werden (Bild 18.2 b, vgl. dazu [Hopp-96]). Ohne begleitende Conwip-Karte darf ein Auftrag nicht für die Fertigung freigegeben werden. Sie bleibt während des gesamten Durchlaufs durch die Fertigungslinie beim Auftrag. Nach der Fertigstellung des Auftrags wird die Conwip-Karte frei und autorisiert die Freigabe eines weiteren Auftrags. Die Conwip-Karten begrenzen damit den Bestand in der Fertigungslinie. Der Bestand entspricht stets der Anzahl der Conwip-Karten, wenn die folgenden Bedingungen eingehalten werden: 1. Die Liste freizugebender Aufträge enthält immer mindestens einen Auftrag, wenn eine Conwip-Karte frei wird. 2. Die Aufträge werden unmittelbar nach dem Freiwerden einer Conwip-Karte freigegeben (Informationsdurchlaufzeit = 0). Die Conwip-Steuerung kann sowohl Aufträge steuern, die durch einen Kundenauftrag ausgelöst werden, als auch Lageraufträge. Werden letztere mit dem Bestellbestandsverfahren generiert, bietet es sich in Analogie zum Fertigungssteuerungsverfahren Korma (vgl. Kap. 10) an, die Aufträge schon vor Erreichen des Bestellbestands zu erzeugen. Als Plan-Starttermin der Lageraufträge gilt dann:

TStart = TP0 + mit

TStart TP0 BL LAoffen BB BRm

BL + ∑ LAoffen − BB BRm

(18.2)

Plan-Starttermin Auftrag [BKT] Planungszeitpunkt [BKT] Lagerbestand [ME] offene Lagereingänge (bereits freigegebener Aufträge) [ME] Bestellbestand [ME] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT]

Die Verfahrensregeln der Conwip-Steuerung werden im Folgenden an einem Beispiel erläutert (Bild 18.3). Gesteuert wird eine Fertigungslinie mit den vier Arbeitssystemen AS 1 bis AS 4 und den fünf Varianten A bis E. Die Anzahl der Conwip-Karten ist auf acht begrenzt. In der Ausgangssituation befinden sich alle acht Conwip-Karten (und dementsprechend acht Aufträge) in der Fertigung. Die

330

18 Constant Work in Process

Liste freizugebender Aufträge zeigt die Reihenfolge der Varianten für die nächsten fünf Freigaben an (Bild 18.3 a). Mit der Fertigstellung des Auftrags für Variante E an Arbeitssystem 4 (Schritt 1 in Bild 18.3 b) wird eine Conwip-Karte frei (Schritt 2). Sie autorisiert die Freigabe eines Auftrags für die Variante A sowie die Materialbereitstellung (Schritt 3). Die Conwip-Steuerung gibt also nicht notwendiger Weise die gleiche Variante für die Fertigung frei, die fertig gestellt wurde. Der freigegebene Auftrag wird aus der Liste freizugebender Aufträge gestrichen (Schritt 4).

IFA 10.925

Bild 18.3 Funktionsweise der Conwip-Steuerung (Beispiel)

18.2 Diskussion der Verfahrensregeln

331

Bis zur Fertigstellung des nächsten Auftrags (Schritt 1 in Bild 18.3 c) haben die Arbeitssysteme 1, 2 und 3 jeweils einen Arbeitsvorgang abgeschlossenen und mit der Bearbeitung eines neuen Auftrags begonnen. Mit der Fertigstellung wird eine Conwip-Karte frei (Schritt 2), so dass die Conwip-Steuerung einen Auftrag für die Variante C in die Fertigung einstößt (Schritt 3). Der freigegebene Auftrag wird wiederum aus der Liste freizugebender Aufträge gestrichen (Schritt 4).

18.2 Diskussion der Verfahrensregeln Wesentliches Merkmal der Conwip-Steuerung ist die Bestandsregelung. Sie hebt damit eine wesentliche Schwäche der sofortigen Auftragsfreigabe oder der Auftragsfreigabe nach Termin auf. Die Verfahrensregeln der Conwip-Steuerung werden nachfolgend anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert (vgl. Abschn. 3.3.2).

1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Die Conwip-Steuerung ermöglicht es, den Bestand einer Fertigungslinie auf einem definierten Niveau zu regeln. Der Bestand entspricht der Anzahl der ConwipKarten. Wegen des konstanten Bestands lassen sich die Durchlaufzeiten der Aufträge durch die Fertigung gut vorhersagen. Die Conwip-Steuerung ist jedoch nicht in der Lage, den Bestand an den Arbeitssystemen einer Fertigung auf einem definierten Niveau zu regeln. In einer Fertigungslinie ist dies hinsichtlich der Planbarkeit der Durchlaufzeiten auch nicht erforderlich. Die Bestände und Durchlaufzeiten an den Arbeitssystemen sind negativ korreliert: Da der Bestand in der gesamten Fertigungslinie konstant ist, sind überdurchschnittlich hohe Bestände und Durchlaufzeiten an einem Arbeitssystem zwangsläufig mit niedrigeren Werten an anderen Arbeitssystemen verbunden. Bestands- und Durchlaufzeitschwankungen an einzelnen Arbeitssystemen wirken sich daher nicht auf die gesamte Fertigungslinie aus (vgl. dazu [Hopp-96]). In einer Fertigung mit komplexen Materialflüssen durchlaufen die Aufträge unterschiedliche Arbeitssysteme. Daher gleichen sich Bestands- und Durchlaufzeitschwankungen an den Arbeitssystemen nicht zwangsläufig aus. Entsprechend nimmt die Streuung der Durchlaufzeiten zu [Lödd-01]. 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Der Einfluss der Conwip-Steuerung auf Bestandsschwankungen ergibt sich im Wesentlichen aus der Diskussion des 1. Leitsatzes: Das Steuerungsverfahren minimiert Bestandsschwankungen der gesamten Fertigungslinie. Der Bestand an den einzelnen Arbeitssystemen einer Fertigungslinie kann jedoch variieren.

332

18 Constant Work in Process

3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Die Conwip-Steuerung verursacht keine blockierten Bestände im Durchlauf der Aufträge durch die Fertigung. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Ein zeitlicher Belastungsabgleich beschleunigt oder verzögert die Freigabe oder den Durchlauf von Aufträgen mit dem Ziel, Materialflussabrisse zu vermeiden (Beschleunigung) oder einen Bestandsaufbau zu verhindern (Verzögerung). Für die gesamte Fertigungslinie unterstützt die Conwip-Steuerung einen derartigen Belastungsabgleich. Sie gibt Aufträge vorzeitig frei, wenn der Bestand sonst unter den Plan-Bestand fallen würde. Und sie hält Aufträge zurück, deren PlanStarttermin schon erreicht ist, falls durch ihre Freigabe der Plan-Bestand der Fertigungslinie überschritten würde. Die Conwip-Steuerung berücksichtigt jedoch nicht die Belastungssituation einzelner Arbeitssysteme. D. h. sie gibt nicht gezielt diejenigen Aufträge vorzeitig frei, die Arbeitssysteme belasten, denen ein Materialflussabriss droht. Ein derartiger arbeitssystemspezifischer Belastungsabgleich kann in einer Fertigungslinie nur über die Berücksichtigung unterschiedlicher Auftragszeiten verwirklicht werden. Bei komplexen Materialflüssen können zusätzlich Unterschiede im Auftragsdurchlauf ausgenutzt werden (vgl. dazu die in den Kap. 20 bis 22 beschriebenen Verfahren). Es ist jedoch möglich, die Conwip-Steuerung um einen arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich zu erweitern. Dazu müssten die Aufträge in der Liste freizugebender Aufträge in eine Reihenfolge gebracht werden, die einen Belastungsabgleich unterstützt. 5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Die Conwip-Steuerung verursacht keine Reihenfolgevertauschungen, weder bei der Auftragsfreigabe noch beim Durchlauf der Aufträge durch die Fertigung. Um die Streuung der Auftragsdurchlaufzeiten zu reduzieren, empfehlen Hopp und Spearman ausdrücklich, die Aufträge in der Reihenfolge des Auftragszugangs zur Produktionslinie zu bearbeiten (sog. First-in-system-first-out-Regel [Hopp-96]). 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Plan-Abweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Es ist Aufgabe der Fertigungssteuerung, einen Rückstand zu verhindern und einen entstandenen Rückstand abzubauen. Dazu ist die Kapazität kurzfristig zu erhöhen. Die Rückstandsregelung ist kein Bestandteil der Conwip-Steuerung. Sie ist daher mit einer Rückstandsregelung zu kombinieren, um eine hohe Termintreue auch bei Plan-Abweichungen gewährleisten zu können.

18.3 Festlegung der Verfahrensparameter

333

7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Die Verfahrensregeln der Conwip-Steuerung berücksichtigen das Engpassprinzip nicht. Hopp und Spearman argumentieren, dies sei auch nicht erforderlich, da sich die Aufträge automatisch am aktuellen Durchsatzengpass der Fertigung stauen würden. Der daraus resultierende Bestand schütze den aktuellen Durchsatzengpass vor Auslastungsverlusten [Hopp-96]. Bei einem klar definierten Durchsatzengpass bietet es sich jedoch an, nur den Bestand bis zum Engpassarbeitssystem zu regeln. Einige Simulationsuntersuchungen zeigen, dass eine derartige Variation der Fertigungsregeln bei einem vergleichbaren Bestand eine höhere Leistung erreicht als die Conwip-Steuerung [Gill-02, Wein-88, Enns-02]. Gegenteilige Resultate erzielen Roderick, Philipps und Hogg [Rode-92]. Das resultierende Verfahren wird in der Fachliteratur unter verschiedenen Bezeichnungen beschrieben [Grav-95]. In diesem Buch wird es als Engpass-Steuerung im nächsten Kapitel erläutert. 8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Die Conwip-Steuerung ist sehr einfach. Die Verfahrensregeln können einfach vermittelt werden und die Anzahl der Verfahrensparameter ist gering. Es müssen lediglich der Vorgriffshorizont und die Anzahl der Conwip-Karten festgelegt werden. Beides fördert ihre Umsetzung in die Praxis.

18.3 Festlegung der Verfahrensparameter Wichtigster Verfahrensparameter der Conwip-Steuerung ist die Anzahl der Conwip-Karten, die den Bestand der Fertigungslinie und damit auch die Auftragsdurchlaufzeiten regelt. Darüber hinaus ist die Länge des Vorgriffshorizonts festzulegen. Sie bestimmt die maximale Zeitdauer, die ein Auftrag vorzeitig für die Fertigung freigegeben werden darf. Die folgenden beiden Abschnitte beschreiben zwei Methoden zur Festlegung der Anzahl der Conwip-Karten. Abschnitt 18.3.1 erläutert, wie die Anzahl der Conwip-Karten im Betrieb der Fertigung festgelegt werden kann. Abschnitt 18.3.2 stellt ein modellbasiertes, auf einer logistischen Positionierung beruhendes Vorgehen zur Festlegung der Anzahl der ConwipKarten vor. Schließlich wird diskutiert, welche Faktoren die Länge des Vorgriffshorizonts beeinflussen (Abschn. 18.3.3). 18.3.1 Anzahl der Conwip-Karten (Festlegung im Betrieb) Das Verfahren zur Festlegung der Anzahl der Conwip-Karten wird von Hopp und Spearman vorgeschlagen [Hopp-96]. Es orientiert sich an der von der KanbanSteuerung bekannten und bewährten Philosophie, den Bestand schrittweise zu reduzieren, um so Prozessstörungen aufzudecken und zu beheben (vgl. dazu Abschn. 2.2.1). Das Vorgehen zeigt Bild 18.4.

334

18 Constant Work in Process

IFA 10.921

Bild 18.4 Schrittweise Reduzierung der Anzahl der Conwip-Karten

Im ersten Schritt legt ein Unternehmen einen als ausreichend bekannten (bzw. angenommenen) Anfangsbestand fest und stellt die entsprechende Anzahl der Conwip-Karten bereit. Mit der Zeit reduziert es die Anzahl der Conwip-Karten und misst, ob Auslastungsverluste auftreten oder drohen. Ein Maß hierfür sind die Längen der Warteschlangen vor den kapazitätskritischen Arbeitssystemen [Hopp96]. Treten keine Auslastungsverluste auf, kann das Unternehmen die Anzahl der Conwip-Karten weiter reduzieren. Andernfalls erhöht es die Anzahl der ConwipKarten wieder auf den ursprünglichen Wert. Mindestens mittelfristig sollte das Unternehmen versuchen, den Bestand weiter zu senken (gestrichelte Linie in Bild 18.4). Dazu sind Maßnahmen einzuleiten, die einen Betrieb der Fertigungslinie bei einem geringeren Bestand erlauben. Ein Unternehmen kann den Anfangsbestand auf die Anzahl der bei der Einführung in der Fertigungslinie befindlichen Aufträge festlegen. Jeder Auftrag in der Fertigungslinie erhält bei diesem Vorgehen eine Conwip-Karte. Ein neuer Auftrag darf erst freigegeben werden, wenn ein Auftrag abgeschlossen und eine ConwipKarte frei wird [Hopp-96]. Ein zweites Vorgehen besteht darin, die Anzahl der Conwip-Karten nach Gl. 18.3 aus der gültigen Plan-Durchlaufzeit der Fertigungslinie abzuleiten. Wenn sich die Fertigung in Rückstand befindet, ist die resultierende Anzahl an ConwipKarten geringer als beim obigen Vorschlag, wenn die Aufträge bisher nach Termin freigegeben wurden. Es ist sehr wichtig, die Parameter übergeordneter Planungsverfahren auf die Anzahl der Conwip-Karten abzustimmen. Dies gilt insbesondere für die PlanDurchlaufzeiten, die fast alle gängigen Verfahren der Auftragserzeugung für die Parameterfestlegung verwenden. Nur wenn die Plan-Durchlaufzeiten an die Anzahl der Conwip-Karten gekoppelt sind, kann ein Unternehmen die Vorteile einer Bestandsreduzierung in der Fertigung ausschöpfen.

18.3 Festlegung der Verfahrensparameter

335

Die Plan-Durchlaufzeiten einer Fertigungslinie können in der Regel nach Little´s Law bestimmt werden:

ZDLm , Plan = mit

AnzConwip LAm , Plan

ZDLm,Plan AnzConwip LAm,Plan

(18.3)

mittlere Plan-Durchlaufzeit [BKT] Anzahl Conwip-Karten [-] mittlere Plan-Leistung [-/BKT]

Das beschriebene Vorgehen, die Anzahl der Conwip-Karten auf einen Anfangswert festzulegen und dann schrittweise zu reduzieren, hat drei wichtige Vorteile:

• • •

Es ermöglicht, die Philosophie der kontinuierlichen Verbesserung auf die Fertigungssteuerung zu übertragen. Es orientiert sich an der realen Fertigungslinie. Im Unterschied zu einem modellbasierten Vorgehen können keine Modellierungsfehler oder -ungenauigkeiten auftreten. Es ist sehr einfach.

Das Vorgehen ist aber auch mit Nachteilen verbunden. Die Steigung der Auslastungskennlinie ist im Übergangsbereich bereits recht gering, d. h. eine Bestandsreduzierung ist mit nur geringen Auslastungsverlusten verbunden. Dies verursacht zum einen ein Messproblem: Um die Auslastung exakt zu bestimmen, kann eine recht lange Auswertungsperiode erforderlich sein. Zum anderen macht der Kennlinienverlauf eine logistische Positionierung erforderlich. Diese wird bei einer schrittweisen Reduzierung der Anzahl der Conwip-Karten jedoch meist nicht bewusst getroffen. Sie hängt vielmehr vom Sicherheitsbedürfnis des Mitarbeiters ab, der für die Festlegung der Anzahl der Conwip-Karten verantwortlich ist. Ein risikoscheuer Mitarbeiter wird einen höheren Bestand und damit höhere Auftragsdurchlaufzeiten bevorzugen als ein risikofreudiger Mitarbeiter. In beiden Fällen stimmen Bestände, Auslastung und Durchlaufzeiten nicht zwangsläufig mit der strategischen Zielsetzung überein. Insgesamt ist es daher sinnvoll, die schrittweise Reduzierung der Anzahl der Conwip-Karten um ein modellbasiertes Vorgehen zu ergänzen. 18.3.2 Anzahl der Conwip-Karten (Modellbasiertes Vorgehen) Grundidee des modellbasierten Vorgehens ist es, die Anzahl der Conwip-Karten im Rahmen einer logistischen Positionierung auf der Grundlage von Produktionskennlinien festzulegen. Dazu sind vier Schritte erforderlich (vgl. Bild 18.5):

336

18 Constant Work in Process

IFA 10.936

Bild 18.5 Ableitung der Anzahl der Conwip-Karten (Beispiel)

1.

Für jedes Arbeitssystem werden die Produktionskennlinien berechnet.

Die Berechnung wird ausführlich in Abschnitt 3.2.2.3 erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass hier ein losweiser Transport zwischen den Arbeitssystemen vorausgesetzt wird (vgl. Abschn. 5.3.1). Bei einem One-piece-flow muss eine Kennlinie der gesamten Fertigungslinie berechnet werden [Lödd-01b].

2.

Für jedes Arbeitssystem wird in einer logistischen Positionierung der PlanBestand (in Vorgabestunden) bestimmt.

3.

Der Plan-Bestand der Arbeitssysteme wird in die Einheit Anzahl Aufträge umgerechnet. Es gilt die folgende Umrechnungsvorschrift [Nyhu-02]: BAm = mit

4.

Bm A ⋅ ZAU v2 − m ZAU m 100

BAm Bm ZAUm ZAUv Am

(18.4)

mittlerer Bestand (in Anzahl Aufträgen) [-] mittlerer Bestand (in Vorgabestunden) [Std] mittlere Auftragszeit [Std] Variationskoeffizient der Auftragszeit [-] mittlere bestandsbedingte Auslastung [%]

Die Plan-Bestände der Arbeitssysteme werden addiert und gegebenenfalls auf eine ganze Zahl aufgerundet. Die resultierende Durchlaufzeit ergibt sich dann nach Gl. 18.3. Sehr elegant kann die Anzahl der Conwip-Karten auch über eine logistische Positionierung mit Hilfe

18.4 Unternehmensübergreifender Einsatz

337

einer Prozesskennlinie des gesamten betrachteten Fertigungsbereichs bestimmt werden. Diese bildet die Leistung eines Fertigungsbereichs über dem mittleren Bestand ab. Die Berechnungsgrundlagen der Prozesskennlinie stellt Schneider dar [Schn-02, Schn-04]. Der Vorteil ist, dass die logistische Positionierung mit Hilfe einer einzigen Kennlinie durchgeführt werden kann. 18.3.3 Vorgriffshorizont Der Vorgriffshorizont bestimmt die maximale Zeitdauer, mit der ein Auftrag vor dem geplanten Starttermin für die Fertigung freigeben werden darf. Die ConwipSteuerung gibt einen Auftrag unter zwei Voraussetzungen vorzeitig frei: 1. Probleme in der Materialbereitstellung: Kann ein Auftrag nicht für die Fertigung freigegeben werden, weil das Material (oder ein Betriebsmittel) nicht verfügbar ist, zieht die Conwip-Steuerung dafür den nächsten Auftrag vor. Dadurch sichert sie zum einen die Auslastung der Fertigungslinie. Zum anderen stellt sie sicher, dass beim Eintreffen des Materials der zurückgehaltene Auftrag nicht die Freigabe (ebenfalls dringender) Aufträge verzögert: Die übrigen Aufträge werden bis zum Eintreffen des Materials vorzeitig freigegeben. Dadurch wird eine Lücke für den zurückgehaltenen Auftrag geschaffen. Die ConwipSteuerung führt so zu einer automatischen Umplanung bei Plan-Abweichungen im Auftragszugang. In der Regel wird ein kurzer Vorgriffshorizont ausreichen, um Probleme in der Materialbereitstellung zu kompensieren. 2. Der Ist-Abgang übertrifft den Planabgang: Es entsteht ein negativer Rückstand. Die Conwip-Steuerung nutzt die verfügbare Kapazität für die vorzeitige Bearbeitung vorhandener Aufträge. Dies kann erwünscht sein, wenn die Nachfrage hoch ist und eine zusätzliche Produktion auf dem Markt abgesetzt werden kann. In diesem Fall kann ein etwas höherer Wert für den Vorgriffshorizont sinnvoll sein. Ist die Nachfrage und damit die Auslastung der Fertigungslinie gering, wird dagegen häufig der Nachteil einer vorzeitigen Fertigstellung der Aufträge und damit höherer Fertigwarenbestände überwiegen. Insgesamt ist der Vorteil einer besseren Auslastung der Kapazitäten gegenüber dem möglichen Nachteil einer vorzeitigen Fertigstellung der Aufträge abzuwägen. Letztere kann die Liefertermintreue verringern, wenn der Fertigstellungstermin außerhalb der definierten Termintoleranz liegt. Vorgriffshorizont und Definition der Termintoleranz sind daher aufeinander abzustimmen. In der industriellen Praxis hat die Diskussion um die Festlegung des Vorgriffshorizonts häufig leider nur akademischen Wert: Wenn die Fertigung insgesamt in Rückstand ist, werden die Aufträge bei einer Bestandsregelung später freigegeben als geplant und der Vorgriffshorizont wird nicht in Anspruch genommen.

18.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Es ist ungewöhnlich, die Conwip-Steuerung unternehmens- oder werksübergreifend einzusetzen. Dies würde sowohl eine sehr enge Lieferbeziehung zwischen

338

18 Constant Work in Process

den Unternehmen als auch übereinstimmende Fertigungslosgrößen voraussetzen. Ein Beispiel hierfür wäre die Fertigung von Komponenten, die in einem Unternehmen begonnen und im anderen Unternehmen fertig gestellt würden. Derartige Konstellationen finden sich in der Praxis, sind aber eher selten. Wenn die Anwendungsvoraussetzungen gegeben sind, kann die Conwip-Steuerung aber auch unternehmensübergreifend mit Gewinn eingesetzt werden.

18.5 Anwendung Die Conwip-Steuerung hat – mindestens theoretisch – ein sehr breites Anwendungsgebiet. Mögliche Gründe, um die Conwip-Steuerung nicht anzuwenden, sind:

• • • •

Bei einer unkoordinierten Auftragserzeugung und komplexen Materialflüssen erzielt eine Auftragsfreigabe mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich bei einem vergleichbaren Bestand eine höhere Leistung. Bei einem eindeutig definierten Durchsatzengpass erzielt die EngpassSteuerung bei einem vergleichbaren Bestand eine höhere Leistung. Bei einer niedrigen Auslastung ist der Einsatz der Conwip-Steuerung nicht erforderlich. Er führt hier ggf. zur vorzeitigen Freigabe und Fertigstellung von Aufträgen und wirkt damit bestandserhöhend. Bei einer Feinterminierung der Aufträge mit begrenzter Kapazität ist es mindestens theoretisch möglich, dass der Plan-Bestand zeitweilig größer ist als die Bestandsgrenze der Conwip-Steuerung. Diese kann dann die Vorgaben der Produktionsplanung nicht umsetzen.

Hopp und Spearman berichten von Anwendungen der Conwip-Steuerung in Unternehmen der Automobil- und der Luftfahrtindustrie. Danach wendet Toyota die Conwip-Steuerung in einem Montagewerk an und ist damit in der Lage, die logistischen Ziele besser zu erfüllen als mit der vorher eingesetzten KanbanSteuerung. Auch die Anwendung in einem Unternehmen der Luftfahrtindustrie ist Hopp und Spearman zufolge erfolgreich gewesen.

19 Engpass-Steuerung

Die Engpass-Steuerung ist die einfachste Möglichkeit, das Engpass-Prinzip in ein Fertigungssteuerungsverfahren umzusetzen: Jedes Mal, wenn das Engpassarbeitssystem der Fertigung einen Auftrag fertig stellt, gibt die Engpass-Steuerung einen neuen Auftrag für die Fertigung frei. Die Engpass-Steuerung unterteilt eine Fertigung damit in einen bestandsgeregelten Teil bis einschließlich zum Engpassarbeitssystem und einen nicht bestandsgeregelten Teil nach dem Engpassarbeitssystem. Sie wird nachfolgend am Beispiel von Fertigungslinien diskutiert. Die Engpass-Steuerung wird in der Literatur unter sehr unterschiedlichen Bezeichnungen diskutiert und beschrieben, die zum Teil auch noch mit anderen Verfahren der Produktionsplanung und -steuerung verbunden werden. Ihre Verfahrensregeln ähneln denen der Conwip-Steuerung. Im Unterschied zur ConwipSteuerung regelt die Engpass-Steuerung den Bestand jedoch nur bis zum Engpassarbeitssystem der Fertigungslinie. Die Engpass-Steuerung ist insbesondere sinnvoll, wenn es ein eindeutig bestimmbares Engpassarbeitssystem der Fertigungslinie gibt. In diesem Fall erreicht sie bei einem vergleichbaren Bestand eine höhere Leistung als die Conwip-Steuerung [Wein-88, Enns-02, Gill-02]. In den Simulationsuntersuchungen von Roderick, Philipps und Hogg schneidet allerdings die Conwip-Steuerung vorteilhafter ab [Rode-92]. Der folgende Abschnitt stellt die Verfahrensregeln der Engpass-Steuerung dar (Abschn. 19.1). Sie werden in Abschnitt 19.2 mit Blick auf die logistische Zielerreichung diskutiert. Die Festlegung der Verfahrensparameter ist Gegenstand von Abschnitt 19.3. Wegen der weitreichenden Ähnlichkeit zur Conwip-Steuerung wird auf die entsprechenden Erläuterungen der Conwip-Steuerung verwiesen. Das Kapitel schließt mit einer Diskussion der Anwendung der Engpass-Steuerung in der unternehmensübergreifenden Fertigungssteuerung (Abschn. 19.4) sowie mit sehr kurz gehaltenen Anwendungserfahrungen (Abschn. 19.5). Einige Autoren verweisen auf die Nähe der Engpass-Steuerung zum Drum, Buffer, Rope-Konzept, das die Programmplanung und die Terminierung der Aufträge am Engpassarbeitssystem der Fertigung ausrichtet. Diese maßgeblich von Goldratt entwickelte Philosophie wird in [Gold-84, Schr-90, Spen-95] umfassend beschrieben. Die wichtigsten Grundzüge werden als Exkurs in Abschnitt 19.6 erläutert.

19.1 Verfahrensbeschreibung Im Folgenden werden drei Versionen der Engpass-Steuerung beschrieben:

340

• • •

19 Engpass-Steuerung

das Grundverfahren (Abschn. 19.1.1) Engpass-Steuerung bei mehreren Engpässen (Abschn. 19.1.2) Starvation Avoidance (Abschn. 19.1.3)

19.1.1 Grundverfahren Die Engpass-Steuerung gibt einen Auftrag für die Fertigungslinie frei, sobald der Bestand in der Fertigungslinie bis einschließlich zum Engpassarbeitssystem den Planwert unterschreitet (Bild 19.1).

IFA 10.918

Bild 19.1 Prinzip der Engpass-Steuerung

Wie die Conwip-Steuerung wählt sie den dringendsten Auftrag aus der Liste freizugebender Aufträge aus (vgl. Tabelle 17.1 bzw. Bild 18.2 a). Es kann zudem ein Vorgriffshorizont definiert werden, innerhalb dessen Aufträge vorzeitig freigegeben werden dürfen (vgl. Abschn. 18.1). Der Bestand wird in der Einheit Anzahl Teile, Anzahl Aufträge oder in Vorgabestunden am Engpassarbeitssystem der Fertigungslinie gemessen. Wein verwendet die letztgenannte Einheit und bezeichnet das resultierende Verfahren als Workload Regulating [Wein-88]. Im Folgenden wird vorausgesetzt, dass der Bestand in der Einheit Anzahl Aufträge gemessen wird. Die Engpass-Steuerung kann mit Hilfe von Engpass-Karten umgesetzt werden, ohne die kein Auftrag freigegeben werden darf. Die Engpass-Karte begleitet einen Auftrag von der Freigabe bis zum Abschluss der Bearbeitung des Auftrags am Engpassarbeitssystem. In diesem Moment wird die Engpasskarte wieder frei und autorisiert die Freigabe eines weiteren Auftrags. Die Engpass-Karten begrenzen damit den Bestand in der Fertigungslinie bis zum Engpassarbeitssystem. Die Verfahrensregeln der Engpass-Steuerung werden nachfolgend an einem Beispiel erläutert (Bild 19.2).

19.1 Verfahrensbeschreibung

341

IFA 10.926

Bild 19.2 Funktionsweise der Engpass-Steuerung (Beispiel)

Im Beispiel wird eine Fertigungslinie mit den vier Arbeitssystemen AS 1 bis AS 4 mit der Engpass-Steuerung gesteuert. Durchsatzengpass der Fertigungslinie ist das Arbeitssystem 3. In der Ausgangssituation befinden sich acht Aufträge in der Fertigungslinie (Bild 19.2 a). Sechs davon befinden sich entweder am oder vor dem Engpassarbeitssystem und verfügen daher über eine Engpass-Karte. Nachdem das Engpassarbeitssystem die Bearbeitung des Auftrags für die Variante A abgeschlossen hat (Schritt 1 in Bild 19.2 b), reiht sich der Auftrag in die Warteschlange von Arbeitssystem 4 ein. Die frei werdende Engpass-Karte löst die Freigabe des nächsten Auftrags aus der Liste der freizugebenden Aufträge aus (Schritte 2 und 3). Er wird mit der Freigabe aus der Liste gestrichen (Schritt 4). 19.1.2 Engpass-Steuerung bei mehreren Engpässen Es sind mehrere Verfahrenserweiterungen der Engpass-Steuerung entwickelt und analysiert worden. Diese berücksichtigen insbesondere den Fall, dass es mehrere Engpassarbeitssysteme in einer Fertigungslinie gibt. Im Folgenden werden vier Varianten skizziert: 1. Die Engpass-Steuerung berücksichtigt nur eines der Engpassarbeitssysteme. Die anderen Arbeitssysteme werden vernachlässigt [Gill-02].

342

19 Engpass-Steuerung

2. Ein Auftrag wird freigegeben, wenn der Bestand an allen Engpassarbeitssystemen geringer als der Plan-Wert ist [Gill-02]: In diesem Fall werden allen Engpassarbeitssystemen unterschiedliche Engpass-Karten zugeordnet. Für die Freigabe eines Auftrags sind die Engpasskarten aller Engpassarbeitssysteme erforderlich. Die Engpass-Karten bleiben bis zum zugehörigen Engpassarbeitssystem beim Auftrag. Nach der Fertigstellung am zugehörigen Engpassarbeitssystem werden die Engpass-Karten frei und können die Freigabe weiterer Aufträge autorisieren. Dieses Verfahren ähnelt einem Vorschlag von Chang und Yih [Chan-94], der in Kapitel 20 ausführlich erläutert wird. 3. Ein Auftrag wird freigeben, wenn der Bestand an einem der Engpassarbeitssysteme geringer als der Plan-Wert ist [Wein-88]: In diesem Fall werden ebenfalls allen Engpassarbeitssystemen unterschiedliche Engpass-Karten zugeordnet. Für die Freigabe eines Auftrags reicht jedoch eine Engpass-Karte eines beliebigen Engpassarbeitssystems aus. Die Engpass-Karte bleibt bis zur Fertigstellung am zugehörigen Engpassarbeitssystem beim Auftrag. Nach der Fertigstellung wird die Engpass-Karte frei. Falls möglich, wird sie einem bereits freigegebenen Auftrag ohne Engpass-Karte dieses Arbeitssystems zugeordnet, der sich am oder vor dem Engpassarbeitssystem befindet. Derartige Aufträge wurden dann durch die Engpass-Karten anderer Engpassarbeitssysteme freigegeben. Verfügen alle freigegebenen Aufträge vor dem Engpassarbeitssystem über eine Engpass-Karte, autorisiert die Engpass-Karte die Freigabe eines neuen Auftrags aus der Liste freizugebender Aufträge. 4. Der Bestand vor allen Engpassarbeitssystemen wird addiert. Ein Auftrag wird freigegeben, wenn die Summe der Bestände unter einen definierten Planwert fällt [Wein-88]: In diesem Fall werden für alle Engpassarbeitssysteme die gleichen Engpass-Karten verwendet. Ein Auftrag darf nur freigegeben werden, wenn die Anzahl der verfügbaren Engpass-Karten mindestens der Anzahl der Engpassarbeitssysteme entspricht. Während des Durchlaufs durch die Fertigungslinie wird nach der Fertigstellung jedes Arbeitsvorgangs, der an einem Engpassarbeitssystem durchgeführt wird, eine Engpass-Karte frei. In einer Simulationsstudie mit zwei Engpassarbeitssystemen vergleicht Gilland die Varianten 1 und 2 und die Conwip-Steuerung. Variante 2 schneidet dabei in allen Simulationsversuchen besser ab als die Conwip-Steuerung und Variante 1. Die Conwip-Steuerung erzielt bei hohen Auslastungen bessere, bei niedrigen Auslastungen schlechtere Ergebnisse als Variante 1 [Gill-02]. In einer Simulationsstudie von Wein schneiden die Varianten 3 und 4 besser ab als die Conwip-Steuerung [Wein-88]. Van Enns und Prongué Costa folgern aus Simulationsstudien, dass der Vorteil einer Engpass-Steuerung umso größer ist, je eindeutiger der Engpass definiert ist und je komplexer der Materialfluss ist [Enns-02]. 19.1.3 Starvation Avoidance Starvation Avoidance (engl., etwa: Vermeidung von Materialflussabrissen) wurde von Glassey und Resende für die Fertigung von Integrierten Schaltkreisen (ICs) entwickelt [Glas-88]. Diese Verfahrensvariante der Engpass-Steuerung misst den Bestand in Vorgabestunden am Engpassarbeitssystem. Starvation Avoidance eig-

19.1 Verfahrensbeschreibung

343

net sich prinzipiell für alle Fertigungen mit einem eindeutig definierten Engpassarbeitssystem und den folgenden Eigenschaften: •

Das Engpassarbeitssystem besteht aus mehreren gleichartigen Maschinen, die von Störungen betroffen sind. Die Aufträge durchlaufen das Engpassarbeitssystem mehrfach.

•

Beide Eigenschaften werden durch besondere Verfahrensregeln berücksichtigt. a) Störungen am Engpassarbeitssystem

Sind eine oder mehrere Maschinen des Engpassarbeitssystems von einer Störung betroffen, verringert sich die Kapazität des Engpassarbeitssystems. Entsprechend reicht ein geringerer Bestand aus, um die Versorgung des Arbeitssystems sicher zu stellen. Glassey und Resende addieren daher zum gemessenen Bestand einen virtuellen Bestandsanteil hinzu. Dieser entspricht zu jedem Zeitpunkt dem Produkt aus der mittleren Reparaturdauer und der Anzahl der gestörten Maschinen am Engpassarbeitssystem [Glas-88]:

Bvirt = B + AnzDefMas ⋅ MTTREP mit

Bvirt B AnzDefMas MTTREP

(19.1)

virtueller Bestand [Std] Bestand [Std] Anzahl defekter Maschinen am Engpassarbeitssystem [-] mittlere Reparaturdauer (mean time to repair) am Engpassarbeitssystem [Std]

Wenn eine oder mehrere Maschinen des Engpassarbeitssystems gestört sind, wird die Freigabe eines neuen Auftrags zu einem späteren Zeitpunkt ausgelöst als im ungestörten Zustand. Entsprechend stellt sich ein niedrigerer Bestand in der Fertigung ein. b) Mehrfacher Auftragsdurchlauf durch das Engpassarbeitssystem

Glassey und Resende berücksichtigen Aufträge, die das Engpassarbeitssystem mehrfach durchlaufen, wie folgt bei der Berechnung des virtuellen Bestands:

• •

Ein Auftrag wird maximal mit einem Arbeitsvorgang am Arbeitssystem im Bestand berücksichtigt (mit der Auftragszeit des nächsten Arbeitsvorgangs am Engpassarbeitssystem). Ein Auftrag wird überhaupt nicht im (virtuellen) Bestand berücksichtigt, falls die Zeitdauer, die der Auftrag voraussichtlich bis zum Eintreffen am Engpassarbeitssystem benötigt, größer ist als die erwartete Zeitdauer, die von der Auftragsfreigabe eines neuen Auftrags bis zum Eintreffen am Engpassarbeitssystem verstreicht. Als Maß für die Zeitdauern verwenden Glassey und Resende die Summe der Auftragszeiten der Arbeitsvorgänge bis zum Arbeitssystem. D. h., wenn bei einem Auftrag in der Fertigung die Summe der Auftragszeiten der Arbeitsvorgänge vor dem Engpass-Arbeitssystem einen Grenzwert überschreitet, wird der Auftrag nicht berücksichtigt. Der Grenzwert entspricht der Summe der Auftragszeiten eines durchschnittlichen Auftrags von der Auftragsfreigabe bis zum Arbeitsvorgang vor dem Engpassarbeitssystem.

344

19 Engpass-Steuerung

In Simulationsstudien schnitt Starvation Avoidance vorteilhaft gegenüber dem Grundverfahren der Engpass-Steuerung, der Conwip-Steuerung und einer Auftragsfreigabe in festen Zeitintervallen (sog. Uhrwerksteuerung) ab [Glas-88]. Es erreichte bei einem vergleichbaren Bestand eine höhere Leistung. Lingayat, Mittenthal und O´Keefe schlagen ein weiteres Auftragsfreigabeverfahren vor, das auf der gleichen Grundphilosophie wie Starvation Avoidance beruht [Ling-95]. Es erzielt in Untersuchungen ebenfalls bessere Ergebnisse als die Conwip-Steuerung.

19.2 Diskussion der Verfahrensregeln Zwei Merkmale charakterisieren die Engpass-Steuerung: Zum einen die Bestandsregelung in einem Teilbereich der Fertigungslinie und zum anderen die Orientierung am Durchsatzengpass der Fertigung. Die Verfahrensregeln der EngpassSteuerung werden nachfolgend anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert (vgl. Abschn. 3.3.2). Die Diskussion bezieht sich auf das Grundverfahren der Engpass-Steuerung.

1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Die Engpass-Steuerung teilt die Fertigungslinie in einen bestandsgeregelten Bereich bis einschließlich zum Engpassarbeitssystem und einen nicht bestandsgeregelten Bereich nach dem Engpassarbeitssystem auf. Sie regelt den Bestand bis zum Engpass-Arbeitssystem auf einem definierten Niveau. Der Bestand entspricht – in der Regel – der Anzahl der Engpass-Karten.1 Aufgrund des konstanten Bestands lassen sich die Auftragsdurchlaufzeiten bis zum Fertigungsengpass gut vorhersagen. Wenn die Bestände und Durchlaufzeiten im Teil der Fertigungslinie nach dem Engpassarbeitssystem nicht stark streuen, gilt dies auch für die gesamte Auftragsdurchlaufzeit. Die Engpass-Steuerung fördert dann eine hohe Liefertermintreue. Wie die Conwip-Steuerung ist die Engpass-Steuerung nicht in der Lage, den Bestand an den Arbeitssystemen der Fertigungslinie auf einem definierten Niveau zu regeln (vgl. dazu die Diskussion des 1. Leitsatzes in Abschn. 18.2). 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Die Engpass-Steuerung reduziert die Bestandsschwankung im bestandsgeregelten Teil der Fertigungslinie bis zum Engpassarbeitssystem auf ein Minimum. Das Maß der Bestandsschwankung der ganzen Fertigungslinie wird wesentlich vom nicht bestandsgeregelten Teil beeinflusst. Die Bestandsschwankungen sind umso größer, je häufiger Arbeitssysteme im nicht bestandsgeregelten Teil der Fertigungslinie temporär zu Fertigungsengpässen werden. 1

Dies gilt unter zwei Voraussetzungen: 1. Es ist immer ein Auftrag verfügbar, der für die Fertigung freigegeben werden kann. 2. Die Engpass-Karten stehen unmittelbar nach der Fertigstellung eines Auftrags am Engpassarbeitssystem für die Freigabe eines neuen Auftrags zur Verfügung.

19.2 Diskussion der Verfahrensregeln

345

3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichste wenige blockierte Bestände verursachen. Die Engpass-Steuerung verursacht keine blockierten Bestände im Durchlauf der Aufträge durch die Fertigung. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Ein zeitlicher Belastungsabgleich beschleunigt oder verzögert die Freigabe oder den Durchlauf von Aufträgen mit dem Ziel, Materialflussabrisse zu vermeiden (Beschleunigung) oder einen Bestandsaufbau zu verhindern (Verzögerung). Für den Teil der Fertigungslinie bis zum Engpassarbeitssystem und insbesondere für das Engpassarbeitssystem unterstützt die Engpass-Steuerung einen derartigen Belastungsabgleich. Sie gibt Aufträge vorzeitig frei, falls der Bestand sonst unter den Planwert fallen würde. Umgekehrt hält sie dringende Aufträge zurück, wenn der Plan-Bestand durch die Freigabe überschritten würde. 5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Die Engpass-Steuerung verursacht keine Reihenfolgevertauschungen. 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Plan-Abweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Es ist Aufgabe der Fertigungssteuerung, einen Rückstand zu verhindern und einen entstandenen Rückstand abzubauen. Dazu ist die Kapazität kurzfristig zu erhöhen. Die Rückstandsregelung ist kein Bestandteil der Engpass-Steuerung. Sie ist daher mit einer Rückstandsregelung zu kombinieren, um eine hohe Termintreue auch bei Plan-Abweichungen gewährleisten zu können. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Die Ausrichtung am Durchsatzengpass der Fertigung ist die Grundidee der Engpass-Steuerung. Dieser Aspekt wird daher im Folgenden besonders ausführlich erläutert und im Vergleich zur verwandten Conwip-Steuerung diskutiert, die auf die Engpassorientierung verzichtet. In verschiedenen Simulationsuntersuchungen erzielt die Engpass-Steuerung unter der Voraussetzung eines eindeutigen Engpassarbeitssystems bei einem vergleichbaren Bestand eine höhere Leistung als die Conwip-Steuerung [Wein-88, Gill-02]. Ein Arbeitssystem gilt eindeutig als Engpassarbeitssystem, wenn seine mittlere Auslastung deutlich höher ist als die aller übrigen Arbeitssysteme. Auch wenn ein eindeutiges (statisches) Engpassarbeitssystem in einer Linie existiert, können aufgrund der Auftragszeitstreuungen und aufgrund von Störungen temporär andere Arbeitssysteme zum (dynamischen) Engpass werden. Der mögliche Leistungsvorteil der Engpass-Steuerung gegenüber der ConwipSteuerung wird maßgeblich von zwei Kriterien bestimmt. 1. Position des Engpassarbeitssystems: Der Leistungsvorteil der Engpass-Steuerung ist umso größer, je weiter vorne das Arbeitssystem im Materialfluss posi-

346

19 Engpass-Steuerung

tioniert ist. Ist das Engpassarbeitssystem das letzte Arbeitssystem einer Fertigungslinie, sind die Engpass-Steuerung und die Conwip-Steuerung identisch. Entsprechend stimmen sie auch hinsichtlich der logistischen Zielerreichung überein. 2. Auslastung der Nicht-Engpassarbeitssysteme: Sind auch die Nicht-Engpassarbeitssysteme einer Fertigungslinie hoch ausgelastet, schwindet der Leistungsvorteil der Engpass-Steuerung gegenüber der Conwip-Steuerung. Ggf. erzielt die Conwip-Steuerung sogar eine höhere Leistung [Gill-02]. Der mögliche Leistungsvorteil einer Engpass-Steuerung erklärt sich aus der besonderen Bedeutung des Engpassarbeitssystems für die Leistung der gesamten Fertigungslinie. Auslastungsverluste am Engpassarbeitssystem führen zwangsläufig zu Leistungsverlusten der gesamten Fertigungslinie. Um Auslastungsverluste zu vermeiden, ist am Engpassarbeitssystem ein ausreichender Bestand vorzuhalten. Bei der Engpass-Steuerung löst jeder Abgang aus dem Bestand des Engpassarbeitssystems (verursacht durch die Fertigstellung eines Auftrags am Engpassarbeitssystem) unmittelbar die Freigabe eines weiteren Auftrags in die Fertigungslinie aus (vgl. Bild 19.3 a).

IFA 10.930

Bild 19.3 Vergleich der Freigabezeitpunkte der Engpass- und der Conwip-Steuerung

19.3 Festlegung der Verfahrensparameter

347

Daher ist die Zeit zwischen der Fertigstellung eines Auftrags am Engpassarbeitssystem und dem Eintreffen eines neuen Auftrags kurz. Sie entspricht der Summe der Durchlaufzeiten der Arbeitsvorgänge vor dem Engpassarbeitssystem. Zudem wird die Streuung dieser Zeit durch die Bestandsregelung bis zum Engpass begrenzt. Dagegen gibt die Conwip-Steuerung einen neuen Auftrag erst frei, wenn der gesamte Auftrag fertig gestellt wurde (Bild 19.3 b). Daher erhöht sich die Zeitdauer von der Fertigstellung eines Auftrags am Engpassarbeitssystem bis zum Eintreffen des neu freigegebenen Auftrags um eine Informationslaufzeit. Diese entspricht der Durchlaufzeit der Arbeitsvorgänge nach dem Engpassarbeitssystem. Die Informationslaufzeit ist umso größer, je weiter vorne das Engpassarbeitssystem im Materialfluss angeordnet ist. Sie streut zudem mit den Beständen an den Arbeitssystemen nach dem Durchsatzengpass. Die Bestandsstreuung in diesem Teil der Fertigungslinie ist besonders hoch, wenn eines der Arbeitssysteme vorübergehend zum Engpass der Fertigungslinie wird oder von Störungen betroffen ist. In beiden Fällen baut sich ein Bestand auf, und die Zeit zwischen dem Bearbeitungsende eines Auftrags am Engpassarbeitssystem und der Freigabe eines neuen Auftrags verlängert sich. Eine Störung oder ein temporärer Engpass können daher bei der Conwip-Steuerung auch dann einen Materialflussabriss am Engpassarbeitssystem verursachen, wenn das von der Störung betroffene Arbeitssystem im Materialfluss hinter dem Engpassarbeitssystem positioniert ist. Dies ist bei der Engpass-Steuerung ausgeschlossen. Wenn die Auslastung der Nicht-Engpassarbeitssysteme hoch ist, können dagegen die Nachteile der Engpass-Steuerung überwiegen. Nachteilig sind insbesondere die Beschränkung auf nur ein Engpassarbeitssystem2 und die fehlende Bestandsregelung im Teil der Fertigungslinie nach dem Engpassarbeitssystem.

8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Die Engpass-Steuerung ist sehr einfach. Die Verfahrensregeln können leicht vermittelt werden und die Anzahl der Verfahrensparameter ist gering. Es müssen lediglich der Vorgriffshorizont und die Anzahl der Engpass-Karten festgelegt werden. Beides fördert die Umsetzung der Engpass-Steuerung in die Praxis.

19.3 Festlegung der Verfahrensparameter Die Festlegung der Verfahrensparameter wird im Folgenden für das Grundverfahren (Abschn. 19.3.1) sowie für die Verfahrensvariante Starvation Avoidance (Abschn. 19.3.2) erläutert.

2

Es sind mehrere Verfahrensvarianten für eine Erweiterung der Engpass-Steuerung auf mehrere Engpässe vorgeschlagen worden. Vgl. dazu die Erläuterungen in Abschn. 19.1.2.

348

19 Engpass-Steuerung

19.3.1 Grundverfahren Verfahrensparameter der Engpass-Steuerung ist die Anzahl der Engpass-Karten. Das Vorgehen zur Festlegung der Anzahl der Engpass-Karten entspricht weitgehend dem der Conwip-Steuerung. Im Unterschied zur Conwip-Steuerung bleiben die Arbeitssysteme nach dem Engpassarbeitssystem jedoch unberücksichtigt. Wegen der weitgehenden Identität zur Conwip-Steuerung wird das Vorgehen hier nur sehr knapp erläutert und ergänzend auf den entsprechenden Abschnitt im Kapitel über die Conwip-Steuerung (Abschn. 18.3) verwiesen. Es lassen sich wiederum die grundsätzlichen Varianten einer Festlegung im Betrieb und eines modellbasierten Vorgehens unterscheiden. Bei der Festlegung im Betrieb wird die Anzahl der Engpass-Karten auf einen Anfangswert festgelegt und dann schrittweise reduziert (vgl. Bild 18.4 sowie die Ausführungen in Abschn. 18.3.1). Ausgangspunkt des modellbasierten Vorgehens ist die logistische Positionierung der Arbeitssysteme mit Hilfe von Produktionskennlinien. Im Unterschied zur ConwipSteuerung bleiben dabei die Arbeitssysteme nach dem Engpassarbeitssystem unberücksichtigt. Dementsprechend berechnet sich die Anzahl der Engpass-Karten zu: EP

AnzEPK = ∑ BAm , Plan ,i

(19.2)

i =1

mit

AnzEPK BAm,Plan,i EP

Anzahl Engpass-Karten [-] mittlerer Plan-Bestand (in Anzahl Aufträgen) an Arbeitssystem i [-] Position des Engpassarbeitssystems [-]

Es bietet sich an, für das Engpass-Arbeitssystem eine Positionierung bei einem höheren (relativen) Bestand zu wählen als bei den übrigen Arbeitssystemen der Fertigungslinie. Dieser Bestandspuffer soll das Engpassarbeitssystem vor Materialflussabrissen schützen. Ein bedeutender Unterschied zur Conwip-Steuerung ergibt sich zudem für die Terminierung der Aufträge. Die Auftragsdurchlaufzeit setzt sich bei der EngpassSteuerung aus zwei Bestandteilen zusammen: aus der Durchlaufzeit im bestandsgeregelten Teil der Fertigungslinie bis einschließlich zum Engpassarbeitssystem und aus der Durchlaufzeit im nicht bestandsgeregelten Teil der Fertigungslinie nach dem Engpassarbeitssystem. Im bestandsgeregelten Teil berechnet sich die Plan-Durchlaufzeit nach Little´s Gesetz aus dem Verhältnis von Plan-Bestand (= Anzahl Engpass-Karten) und Plan-Leistung. Für die übrigen Arbeitssysteme wird die Plan-Durchlaufzeit mittels einer logistischen Positionierung festgelegt (vgl. dazu die Ausführungen in Abschn. 3.2.2.3). Für die Plan-Auftragsdurchlaufzeit gilt entsprechend:

ZDAPlan = mit

AnzEPK AnzAS + ∑ ZDLPlan , i LAm, Plan i = EP + 1

ZDAPlan AnzEPK

Plan-Durchlaufzeit Auftrag [BKT] Anzahl Engpass-Karten [-]

(19.3)

19.3 Festlegung der Verfahrensparameter

LAm,Plan ZDLPlan,i

349

mittlere Plan-Leistung (in Anzahl Aufträge) [-/BKT] Plan-Durchlaufzeit des i-ten Arbeitssystems [BKT] Position des Engpassarbeitssystems [-] Anzahl Arbeitssysteme [-]

EP AnzAS

19.3.2 Starvation Avoidance In der Verfahrensvariante von Glassey und Resende wird ein neuer Auftrag für die Fertigung dann freigegeben, wenn der virtuelle Bestand eine Bestandsgrenze unterschreitet (vgl. Abschn. 19.1.3). Die Verfahrensentwickler schlagen vor, die Bestandsgrenze in Analogie zum Bestellbestand des Bestellbestandsverfahrens festzulegen. Dazu berechnen sie die Reichweite des virtuellen Bestands und vergleichen sie mit der erwarteten Durchlaufzeit von der Freigabe eines Auftrags bis zum ersten Eintreffen am Engpassarbeitssystem. Die virtuelle Reichweite ergibt sich als Quotient des virtuellen Bestands und der Leistung des Engpassarbeitssystems [Glas-88].

Rvirt = mit

Bvirt LEP

(19.4)

Rvirt Bvirt LEP

virtuelle Reichweite [BKT] virtueller Bestand [Std] Leistung des Engpass-Arbeitssystems [Std/BKT]

Die virtuelle Reichweite ist damit ein Maß für die Zeitdauer, für die das Engpassarbeitssystem mit Arbeit versorgt ist. Die Plan-Durchlaufzeit von der Freigabe eines Auftrags bis zum ersten Eintreffen am Engpassarbeitssystem entspricht der Summe der Plan-Arbeitsvorgangsdurchlaufzeiten vor dem Engpass [Glass-88].

ZDLPlan,1− EP = mit

EP − 1

∑ ZDL

Plan , i

(19.5)

i =1

ZDLPlan,1-EP Plan-Durchlaufzeit von der Auftragsfreigabe bis zum ersten Eintreffen am Engpassarbeitssystem [BKT] Plan-Durchlaufzeit des i-ten Arbeitsvorgangs [BKT] ZDLPlan,i EP Position des ersten Arbeitsvorgangs am Engpassarbeitssystem [-]

Ein neuer Auftrag sollte spätestens freigegeben werden, wenn die Bestandsreichweite des Engpassarbeitssystems diese Durchlaufzeit unterschreitet. Um Schwankungen in den Durchlaufzeiten oder in der Leistung des Engpassarbeitssystems abzufangen, sollte zudem eine Sicherheitsdurchlaufzeit berücksichtigt werden. Folglich gilt für die Bestandsgrenze [Glas-88]:

BG = ( ZDLPlan ,1− EP + ZDLSich ) ⋅ LEP mit

BG

Bestandsgrenze [Std]

(19.6)

350

19 Engpass-Steuerung

ZDLPlan,1-EP Plan-Durchlaufzeit von der Auftragsfreigabe bis zum ersten Eintreffen am Engpassarbeitssystem [BKT] Sicherheitsdurchlaufzeit [BKT] ZDLSich Leistung des Engpassarbeitssystems [Std/BKT] LEP

Das Vorgehen kann auf das Grundverfahren der Engpass-Steuerung übertragen werden. Die Plan-Durchlaufzeiten der Arbeitsvorgänge vor dem Engpassarbeitssystem können mit Hilfe der logistischen Positionierung bestimmt werden. Die Sicherheitsdurchlaufzeit sollte in Abhängigkeit von der Durchlaufzeitstreuung festgelegt werden. Eine genaue, falls möglich kontinuierliche Bestandsmessung ist bei diesem Vorgehen jedoch besonders wichtig. Insbesondere, wenn an einem Auftrag bereits Arbeit geleistet wurde, der Auftrag aber noch mit der vollen Auftragszeit zum Bestand gezählt wird, ist die tatsächliche Bestandsreichweite geringer als der berechnete Wert. Als Folge kann die Gefahr eines Materialflussabrisses unterschätzt werden.

19.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Die Engpass-Steuerung wird wohl nur in Ausnahmefällen unternehmensübergreifend eingesetzt werden (vgl. auch hierzu die entsprechenden Ausführungen bei der Conwip-Steuerung). Der Grundgedanke, die Produktionsplanung und -steuerung am Durchsatzengpass auszurichten, kann jedoch auf Liefernetzwerke übertragen werden. Danach ist das Unternehmen, das den Durchsatzengpass des Liefernetzwerks darstellt, zu identifizieren und bei der Planung und Steuerung besonders zu berücksichtigen.

19.5 Anwendung Für die Engpass-Steuerung gelten ähnliche Anwendungsvoraussetzungen wie für die Conwip-Steuerung (vgl. dazu Abschn. 18.5). Im Unterschied zur ConwipSteuerung setzt sie jedoch einen eindeutig definierten Fertigungsengpass voraus und erzielt dann bei einem vergleichbaren Bestand eine höhere Leistung. Grundsätzlich stellt sich die Frage, in wie vielen Unternehmen die Voraussetzung eines eindeutigen Engpassarbeitssystems erfüllt ist. Viele Unternehmen berücksichtigen vorhandene Auslastungsunterschiede in der Zuteilung der Mitarbeiter zu den Arbeitssystemen. Vorhandene Auslastungsunterschiede in den Betriebsmittelkapazitäten werden dann durch die zugeteilten Mitarbeiterkapazitäten nivelliert. Gilland berichtet, dass die Engpass-Steuerung bei Intel angewendet wird [Gill02], jedoch ohne genauere Aussagen über den Erfolg der Anwendung zu treffen.

19.6 Exkurs: Theory of Constraints

351

19.6 Exkurs: Theory of Constraints Die Theory of Constraints (TOC, engl., etwa: Theorie der Restriktionen) wurde maßgeblich von Goldratt entwickelt und in ihren Grundüberlegungen in seinem Roman „Das Ziel“ [Gold-84] beschrieben. Bekanntestes, aber nicht ausschließliches Anwendungsgebiet der TOC ist die Produktionsplanung und -steuerung. Hier hat sie aufgrund der Überzeugungskraft der Grundphilosophie und eines erfolgreichen Marketings ihrer Verfechter viele Anhänger gefunden. Obwohl die TOC kein Fertigungssteuerungsverfahren ist, wird der für die PPS relevante Teil der TOC nachfolgend in Grundzügen beschrieben. Die Darstellung orientiert sich an einem Aufsatz von Spencer und Cox [Spen-95]. Grundidee der TOC ist die Annahme, dass es in jeder Fertigung einen Engpass gibt, der den Durchsatz der Fertigung begrenzt und daher möglichst vollständig ausgenutzt werden sollte. Dagegen sind Nicht-Engpässe nicht durchsatzbestimmend und daher auch nicht erfolgskritisch.3 Ein Ziel der TOC ist es daher, den Engpass der Fertigung zu identifizieren und die gesamte Produktionsplanung und -steuerung auf den Engpass auszurichten. Hauptkomponente der TOC ist ein fünfstufiger Prozess zur Fokussierung auf den Engpass [Gold-84]4: 1. 2. 3. 4. 5.

Identifiziere den Engpass. Nutze die Engpasskapazität vollständig aus. Ordne alle anderen Prozesse dem Engpass unter. Erhöhe die Kapazität des Engpasses, um den Durchsatz zu erhöhen. Verbessere das System kontinuierlich durch das Vermeiden von Trägheit im Management.

Diese Methodik lässt sich auf die Produktionsprogrammplanung und auf die Terminierung übertragen. Spencer und Cox leiten dafür die folgenden sieben Schritte ab [Spen-95]: 1.

Bestimme den Engpass mit einer Analyse der Kapazitäten. Ausgehend von der Nachfrage(vorhersage), den Stücklisten und Arbeitsplänen wird eine grobe Kapazitätsbedarfsrechnung für die Ressourcen durchgeführt (vgl. Kap. 4). Ergebnis der Berechnung ist der Fertigungsengpass als Arbeitssystem mit der rechnerisch höchsten Kapazitätsauslastung. 2.

Bestimme, welche Komponenten den Engpass durchlaufen. Diese Information kann aus den Arbeitsplänen abgeleitet werden. Die Produktionsprogrammplanung beschränkt sich zunächst auf diese Komponenten.

3

4

Windt weitet den Engpassbegriff auf die übrigen logistischen Zielgrößen aus und zeigt, dass je nach Zielgröße unterschiedliche Arbeitssysteme den Engpass bilden können [Wind-01]. Das Wort Constraint wird im Folgenden – nicht ganz wortgetreu – mit Engpass übersetzt.

352

19 Engpass-Steuerung

3.

Verwende die Kenngröße Deckungsbeitrag pro Engpassminute, um Prioritäten zu bestimmen.

Für die Endprodukte werden der Deckungsbeitrag und die Belegungszeit der Produkte am Engpass (als Summe der Belegungszeiten der eingehenden Komponenten) berechnet. Das Endprodukt mit dem höchsten Quotienten hat die höchste Priorität (vgl. Tabelle 19.1). Endprodukte, deren Komponenten den Engpass nicht durchlaufen, werden nicht berücksichtigt. Tabelle 19.1 Berechnung der Priorität je Endprodukt Rang Produkt Deckungs- Belegungszeit Deckungsbeitrag beitrag am Engpass pro Engpassminute [-]

[-]

[€]

[min]

[€/min]

1 2 3 4

4 1 3 2

75 72 40 40

5 6 4 10

15 12 10 4

4.

Verwende die Prioritäten, um ein Produktionsprogramm mit Hilfe eines GanttDiagramms des Engpasses festzulegen.

In diesem Schritt wird ein minutengenauer Belegungsplan des Engpasses berechnet. Dabei werden die Komponenten der Endprodukte mit einer hohen Priorität bevorzugt eingeplant. Stücklistenbeziehungen und Bestände am Engpass werden berücksichtigt. Aus der Planung ergibt sich das Produktionsprogramm für die Endprodukte, die den Engpass (durch eingehende Komponenten) belasten. Ein Beispiel für den Belegungsplan zeigt Tabelle 19.2. Tabelle 19.2 Belegungsplan des Engpasses (in Anlehnung an Spencer und Cox) Nr. Kompo- End- BelegungsStart nente produkt zeit Tag Zeit

5.

Ende Tag

Zeit

[-]

[-]

[-]

[min]

[BKT] [hh:mm] [BKT] [hh:mm]

1 2

K4 K1

4 1

175 105

2 2

00:00 02:55

2 2

02:55 04:40

3

K4

4

435

2

04:40

2

11:55

4

K3

3

435

2

11:55

2

19:10

5 6

K1 K2

1 2

243 305

2 2

19:10 23:13

2 3

23:13 04:18

Plane alle Endprodukte gleichmäßig im Produktionsprogramm ein, die keine Komponenten enthalten, die den Engpass durchlaufen.

Derartige Produkte werden als freie Güter bezeichnet [Spen-95]. Sie spielen eine untergeordnete Rolle in der Produktionsplanung und -steuerung und werden stets in der nachgefragten Menge produziert.

19.6 Exkurs: Theory of Constraints

6.

353

Entwickle einen Materialfreigabeplan durch eine Rückwärtsterminierung vom Engpass und berücksichtige dabei einen Engpasspuffer.

Ergebnis des Materialfreigabeplans sind die Plan-Starttermine der Fertigungsaufträge für die Komponenten. Sie werden in einer einfachen Rückwärtsterminierung bestimmt. Dazu wird vom minutengenau berechneten Plan-Bearbeitungsbeginn am Engpass die Plan-Durchlaufzeit von der Auftragsfreigabe bis zum Eintreffen am Arbeitssystem abgezogen. Diese Zeit wird als Engpasspuffer bezeichnet. Tabelle 19.3 zeigt das Ergebnis der Berechnung der Freigabezeitpunkte für das Rohmaterial aus dem Belegungsplan. Tabelle 19.3 Berechnung der Freigabezeitpunkte (Engpasspuffer = 9 Std) (in Anlehnung an Spencer und Cox) Nr. Kompo- RohStart nente material Tag Zeit

Freigabe Tag

Zeit

[-]

[-]

[-]

[BKT] [hh:mm] [BKT] [hh:mm]

1 2

K4 K1

R4 R1

2 2

00:00 02:55

1 1

15:00 17:55

3

K4

R4

2

04:40

1

19:40

4

K3

R3

2

11:55

2

02:55

5

K1

R1

2

19:10

2

10:10

6

K2

R2

2

23:13

2

14:13

Der Engpasspuffer wird bewusst großzügig dimensioniert, damit der Belegungsplan des Engpasses auch bei Plan-Abweichungen durchgesetzt werden kann. Spencer und Cox empfehlen als Anhaltspunkt für einen Startwert das Fünffache der Summe der Durchführungszeiten an den vorgelagerten Arbeitssystemen [Spen-95].5 7.

Entwickle den Versandplan durch Vorwärtsterminierung vom Engpass und berücksichtige dabei einen Versandpuffer.

Ergebnis sind die Plan-Liefertermine der Endprodukte. Zum Plan-Belegungsende einer Komponente am Engpass wird dazu die Plan-Durchlaufzeit für die restlichen Arbeitsgänge hinzugerechnet. Diese Zeit wird als Lieferpuffer bezeichnet. Tabelle 19.4 zeigt die Berechnung der Liefertermine aus dem Belegungsplan des Engpasses.

5

Schragenheim und Ronen empfehlen das Dreifache der durchschnittlichen Durchlaufzeit von der Auftragsfreigabe bis zum Eintreffen am Engpass [Schr-90]. Der Vorschlag von Spencer und Cox scheint als Startwert jedoch geeigneter zu sein, da er den Fehlerkreis der Fertigungssteuerung verhindert, in dem die Verlängerung der Plan-Durchlaufzeiten verlängerte Ist-Durchlaufzeiten verursacht.

354

19 Engpass-Steuerung

Tabelle 19.4 Berechnung der Plan-Liefertermine (Lieferpuffer = 12 Std) (in Anlehnung an Spencer und Cox) Nr. Kompo- EndEnde nente produkt Tag Zeit

Liefertermin Tag

Zeit

[-]

[-]

[-]

[BKT] [hh:mm] [BKT] [hh:mm]

1

K4

4

2

02:55

2

14:55

2

K1

1

2

04:40

2

16:40

3

K4

4

2

11:55

2

23:55

4

K3

3

2

19:10

3

07:10

5

K1

1

2

23:13

3

11:13

6

K2

2

3

04:18

3

16:18

Der beschriebene Planungsalgorithmus lässt sich in eine Produktionsprogrammplanung und eine Terminierung unterteilen, die durch die Feinbelegung des Engpasses aufeinander abgestimmt werden. Der Terminierungsteil wird häufig als Drum-Buffer-Rope-Steuerung bezeichnet. Die Produktionsprogrammplanung ähnelt den – seit langer Zeit bekannten – Algorithmen des Operations Research zur Bestimmung des (deckungsbeitrags-)optimalen Produktionsprogramms (vgl. dazu [Müll-73]). Diese haben gegenüber der beschriebenen Methodik den Vorteil, dass sie auch angewendet werden können, wenn mehrere Kapazitätsengpässe existieren. Etwas ausführlichere Berechnungsbeispiele der TOC-Methodik finden sich in [Schr-90, Spen-95]. Bei einem klar definierten Engpass hat die Methodik die folgenden Vorteile: • •

Sie beschränkt die Genauplanung auf den Engpass und reduziert dadurch die Komplexität des Planungsproblems. Sie berechnet ein durchführbares Produktionsprogramm und damit mindestens grundsätzlich auch realistische Liefertermine.

Es muss jedoch kritisch hinterfragt werden, ob der Deckungsbeitrag als ausschließliches Kriterium geeignet ist, das Produktionsprogramm zu bestimmen, wie Crabtree in einer satirischen Kritik hervorhebt [Crab-02]. Es seien nur drei Kritikpunkte genannt: Erstens erwächst insbesondere bei einer konventionellen Kostenrechnung die Gefahr, selten nachgefragte Varianten gegenüber den häufig vergleichsweise deckungsbeitragsschwachen Varianten mit einer hohen Nachfrage zu bevorzugen. Das Unternehmen würde dann ausgerechnet die Produkte schwächen, die sich einer guten Marktnachfrage erfreuen und zudem die höchste Deckungsbeitragssumme beisteuern. Zweitens bestehen in vielen Industrien Überkapazitäten, so dass die Unternehmen grundsätzlich das gesamte absetzbare Produktionsprogramm produzieren können. Und drittens vernachlässigt die ausschließliche Fokussierung auf (kurzfristige) Gewinnziele andere Aspekte, die Unternehmen bei der Produktionsprogrammplanung häufig berücksichtigen müssen, wie z. B. die Rücksichtnahme auf die Interessen wichtiger Kunden.

20 Workload Control

Workload Control ist ein einfaches Fertigungssteuerungsverfahren, das einen Belastungsabgleich für die Arbeitssysteme der Fertigung durchführt. Es wurde zuerst von Jendralski am Institut für Fabrikanlagen und Logistik der Universität Hannover [Jend-78] und dann von mehreren Autoren(gruppen) unabhängig voneinander und mit leichten Unterschieden in den Verfahrensregeln veröffentlicht (Bertrand und Wortmann [Bert-81], Hendry, Kingsman, Tatsiopoulos [King-89, Hend-91, Tats-93] sowie Chang und Yih [Chan-94].1 Es hat sich bislang kein einheitlicher Begriff für das Verfahren etablieren können. In Anlehnung an die Terminologie bei Bertrand und Wortmann wird es im Folgenden als Workload Control bezeichnet. Grundidee des Verfahrens ist es, Aufträge zurückzuhalten, die bereits überlastete Arbeitssysteme durchlaufen würden. Entscheidungskriterium ist der Bestand der Arbeitssysteme. Zusätzlich zum Bestand am Arbeitssystem werden auch die Arbeitsinhalte von bereits freigegebenen Aufträgen berücksichtigt, die das Arbeitssystem zukünftig durchlaufen werden. Im Folgenden werden die Verfahrensregeln der Workload Control-Steuerung dargestellt und Unterschiede zwischen den Verfahrensvarianten beschrieben (Abschn. 20.1). Die Verfahrensregeln werden anschließend anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert (Abschn. 20.2). Hauptparameter des Verfahrens sind die Bestandsgrenzen der Arbeitssysteme. Ihre Festlegung wird in Abschnitt 20.3 erläutert. Die unternehmensübergreifende Anwendung des Verfahrens wäre ungewöhnlich (Abschn. 20.4). Abschnitt 20.5 stellt die Anwendungsvoraussetzungen des Verfahrens dar und berichtet von einer industriellen Anwendung.

20.1 Verfahrensbeschreibung Der folgende Abschnitt stellt das Grundverfahren dar. Anschließend werden einige Verfahrensvarianten erörtert (Abschn. 20.1.2).

1

Die Auftragsfreigabe bildet in den Arbeiten von Bertrand und Wortmann und von Hendry und Kingsman nur einen Teilbereich umfassenderer Konzepte zur Produktionsplanung und -steuerung. Die Arbeit von Chang und Yih führt als erste eine ereignisorientierte Auftragsfreigabe durch.

356

20 Workload Control

20.1.1 Grundverfahren Bild 20.1 zeigt das Prinzip der Workload Control-Steuerung: Die Aufträge werden von einem übergeordneten PPS-System erzeugt und terminiert. Das Verfahren regelt die Freigabe der Aufträge über die aktuellen Bestände der Arbeitssysteme, die ein Auftrag durchläuft. Nur wenn alle betroffenen Arbeitssysteme die Freigabe autorisieren, wird der Auftrag auch tatsächlich freigegeben. Die Fertigungssteuerung mit Workload Control beruht damit auf drei Elementen: • • •

einer Liste freizugebender Aufträge Bestandskonten der Arbeitssysteme Bestandsgrenzen der Arbeitssysteme

IFA 10.882

Bild 20.1 Prinzip der Workload Control-Steuerung

Die Liste freizugebender Aufträge enthält alle bekannten, aber noch nicht freigegebenen Aufträge, die bestimmten Bedingungen genügen, die der Anwender festlegen kann. Als Bedingung kann z. B. definiert werden, dass der Plan-Starttermin innerhalb eines definierten Vorgriffshorizonts liegt. Es ist sinnvoll, die Aufträge in der Liste nach dem Plan-Starttermin zu sortieren. Für jedes Arbeitssystem wird ein Bestandskonto geführt (Tabelle 20.1). In dieses Bestandskonto wird die Auftragszeit eines Arbeitsvorgangs bei der Freigabe des Auftrags für die Fertigung eingebucht und nach der Fertigstellung des Arbeitsvorgangs am Arbeitssystem wieder abgebucht. Bei der Auftragsfreigabe wird der Auftrag somit gleichzeitig in die Bestandskonten aller Arbeitssysteme eingebucht, die der Auftrag durchlaufen wird.

20.1 Verfahrensbeschreibung

357

Tabelle 20.1 Bestandskonto eines Arbeitssystems an einem Stichtag (Beispiel) Auftragsnummer

Auftragszeit

[-]

[Std]

4500 2720 2955 5005

10 8 4 10

Summe

32

Die Bestandskonten der Arbeitssysteme enthalten damit sowohl den Bestand am Arbeitssystem selbst (Direktbestand) als auch den sog. Indirektbestand. Dieser bezeichnet den Bestand, der sich noch an vorgelagerten Arbeitssystemen befindet und das Arbeitssystem in Zukunft belasten wird. Der Gesamtbestand des Bestandskontos ist ein wichtiges Kriterium für die Freigabe weiterer Aufträge.2 Jedem Arbeitssystem ist ferner eine Bestandsgrenze zugeordnet. Dieser kommt bei der Auftragsfreigabe eine wichtige Bedeutung zu: Überschreitet der Bestand im Bestandskonto die Bestandsgrenze, wird die Freigabe aller Aufträge blockiert, die das betreffende Arbeitssystem durchlaufen.3 Es lassen sich nach der Auslösungslogik zwei Formen der Auftragfreigabe unterscheiden (vgl. Kap. 16), die ereignisorientierte Auftragfreigabe und die periodische Auftragsfreigabe. Ereignisorientierte Auftragsfreigabe

Die ereignisorientierte Auftragsfreigabe wird von Chang und Yih als Standard für die Workload Control-Steuerung verwendet. Über die Freigabe von Aufträgen wird bei Eintritt von zwei Ereignissen entschieden: 1. Beim Zugang eines Auftrags in die Liste freizugebender Aufträge überprüft Workload Control, ob an einem der Arbeitssysteme, die der Auftrag durchlaufen wird, die Bestandsgrenze überschritten ist. Ist dies der Fall, blockiert das Verfahren die Freigabe des Auftrags. Andernfalls wird der Auftrag freigegeben und in die Bestandskonten der Arbeitssysteme eingebucht. 2. Bei Fertigstellung eines Arbeitsvorgangs an einem Arbeitssystem wird der Auftrag aus dem Bestandskonto des Arbeitssystems ausgebucht. Unterschreitet der Bestand dadurch die Bestandsgrenze, überprüft Workload Control, ob dies die Blockade von Aufträgen in der Liste freizugebender Aufträge aufhebt. Ist das der Fall, gibt das Verfahren zunächst den dringendsten dieser Aufträge frei 2

3

In der Verfahrensvariante von Chang und Yih wird der Bestand nicht in Vorgabestunden, sondern in Anzahl Aufträgen gemessen. Tatsiopoulos bzw. Hendry und Kingsman teilen den Gesamtbestand des Bestandskontos durch die Plan-Kapazität und verwenden die resultierende Bestandsreichweite als Freigabekriterium. In der Verfahrensvariante von Chang und Yih wird die Blockade bei Erreichen der Bestandsgrenze ausgelöst. Tatsiopoulos bzw. Hendry und Kingsman definieren eine entsprechende Grenze für die Bestandsreichweite. Diese Verfahrensänderung ist für das Freigabeverfahren selbst nicht relevant. Ihr kommt jedoch bei der Festlegung der Kapazitäten eine wichtige Rolle zu (vgl. Abschn. 20.2).

358

20 Workload Control

und bucht ihn in die Bestandskonten der betroffenen Arbeitssysteme ein. Anschließend überprüft es die Freigabe für den zweitdringendsten Auftrag usw. Offensichtlich kann auf die Freigabeprüfung für weitere Aufträge verzichtet werden, sobald die Bestandsgrenze des betrachteten Arbeitssystems überschritten wird. Periodische Auftragsfreigabe

Die Auftragsfreigabe wird zu bestimmten Zeitpunkten durchgeführt, z. B. zu Beginn eines Arbeitstages oder einer Schicht. Workload Control überprüft, beginnend mit dem dringendsten Auftrag, nacheinander für jeden Auftrag die Freigabe und bucht ihn im Falle der Freigabe in die Bestandskonten der Arbeitssysteme ein. Blockierte Aufträge bleiben in der Liste freizugebender Aufträge. Die periodische Auftragsfreigabe entspricht dem Standard in den Verfahrensvarianten von Jendralski, Bertrand und Wortmann sowie von Tatsiopoulos, Kingsman und Hendry. Die Verfahrensregeln der Workload Control-Steuerung werden im Folgenden anhand eines Beispiels erläutert. Dabei werden die folgenden Vorgaben bezüglich der Verfahrensspezifikation getroffen: 1. Der Bestand wird in Vorgabestunden gemessen. 2. Die Aufträge werden ereignisorientiert freigegeben. Betrachtet wird eine Fertigung mit drei Arbeitssystemen AS 1 bis AS 3 (Bild 20.2). Für jedes Arbeitssystem ist das Bestandskonto mit der Bestandsgrenze dargestellt. Das Bild zeigt außerdem die Liste freizugebender Aufträge. Sie enthält für jeden Auftrag die Auftragsnummer, den geplanten Starttermin und außerdem die Arbeitssysteme, die der Auftrag durchlaufen wird. Diese Arbeitssysteme sind durch ein Kreuz gekennzeichnet. Auftrag 7 belastet also die Arbeitssysteme 1 und 3. In der Ausgangssituation (Bild 20.2 a) durchlaufen alle Aufträge in der Liste mindestens ein blockiertes Arbeitssystem (AS 2 oder AS 3). Workload Control hält die Aufträge daher zurück, um den Fertigungsbestand nicht weiter zu erhöhen. Wenn Arbeitssystem 2 Auftrag 2 fertig stellt (Schritt a in Bild 20.2 b), wird der Auftrag aus dem Bestandskonto ausgebucht (Schritt b), so dass die Bestandsgrenze unterschritten wird (Schritt c). Das Arbeitssystem beginnt darauf mit der Bearbeitung von Auftrag 4 (Schritt d). Gleichzeitig überprüft Workload Control für die freizugebenden Aufträge, ob ihre Blockade durch das Unterschreiten der Bestandsgrenze an Arbeitssystem 2 aufgehoben wird (Bild 20.2 c). Dies trifft auf die Aufträge 8 und 9 zu. Wegen des früheren Plan-Starttermins gibt das Verfahren als erstes Auftrag 8 frei und streicht ihn aus der Liste freizugebender Aufträge (Schritte e und f). Mit der Freigabe wird der Auftrag in die Bestandskonten der betroffenen Arbeitssysteme 1 und 2 mit der jeweiligen Auftragszeit eingebucht (Schritte g bis j). Dadurch wird die Bestandsgrenze von Arbeitssystem 1 überschritten. Obwohl die Bestandsgrenze an Arbeitssystem 2 noch nicht erreicht ist, kann Auftrag 9 daher nicht freigegeben werden.

20.1 Verfahrensbeschreibung

359

IFA 10.643A

Bild 20.2 Funktionsweise der Workload Control-Steuerung (1)

Als nächstes stellt Arbeitssystem 3 Auftrag 1 fertig (Schritt a in Bild 20.2 d). Der Auftrag wird aus dem Bestandskonto ausgebucht (Schritt b), wodurch die Bestandsgrenze unterschritten wird (Schritt c).

360

20 Workload Control

IFA 10.643B

Bild 20.2 Funktionsweise der Workload Control-Steuerung (2)

Da sämtliche Aufträge in der Liste freizugebender Aufträge Arbeitssystem 1 durchlaufen, an dem die Bestandsgrenze überschritten ist, kann jedoch kein Auftrag freigegeben werden. Arbeitssystem 3 beginnt mit der Bearbeitung von Auftrag 3 (Schritt d). Die Blockade der Aufträge wird aufgehoben, wenn Arbeitssystem 1 die Bearbeitung von Auftrag 6 abschließt (Schritt e) und der Auftrag aus dem Bestandskonto ausgebucht wird (Schritte f und g). Zu diesem Zeitpunkt sind die Bestandsgrenzen an allen drei Arbeitssystemen der Fertigung unterschritten. Das Verfahren gibt daher den dringendsten Auftrag frei (Auftrag 7) und lastet ihn mit den jeweiligen Auftragszeiten in die Bestandskonten der Arbeitssysteme 1 und 3 ein (Schritte i bis n in Bild 20.2 e). Hierdurch

20.1 Verfahrensbeschreibung

361

wird die Bestandsgrenze an beiden Arbeitssystemen überschritten. Es kann daher kein weiterer Auftrag freigegeben werden. 20.1.2 Verfahrensvarianten Der folgende Abschnitt beschreibt vier Verfahrensvarianten: • • • •

Workload Control mit modifizierten Buchungszeitpunkten Workload Control mit modifizierten Buchungszeitpunkten und Buchungsauftragszeiten Workload Control mit Karten Workload Control mit geänderten Freigabebedingungen

Workload Control mit modifizierten Buchungszeitpunkten

Tatsiopoulos schlägt als Variante vor, die Aufträge erst mit der Fertigstellung des letzten Arbeitsvorgangs aus den Bestandskonten der Arbeitssysteme auszubuchen [Tats-93]. Dies vereinfacht die Umsetzung des Verfahrens, da nicht mehr die Fertigstellung der Arbeitsvorgänge erfasst werden muss. Stattdessen reicht eine Auftragsrückmeldung aus. In den Bestandskonten der Arbeitssysteme werden dann auch Aufträge geführt, die das Arbeitssystem schon abgeschlossen hat. Eine verzögerte Fertigstellung dieser Aufträge verzögert damit auch die Freigabe neuer Aufträge für diese Arbeitssysteme. Dies wirkt sich insbesondere negativ auf die Eignung des Verfahrens aus, wenn die Engpassarbeitssysteme im vorderen Teil des Materialflusses angeordnet sind und die Durchlaufzeiten im hinteren Teil des Materialflusses stark streuen (vgl. dazu auch [Land-96]). Workload Control mit modifizierten Buchungszeitpunkten und Buchungsauftragszeiten

Der Vorschlag von Land und Gaalman [Land-96b] baut auf dem von Tatsiopoulos auf: Um die Rückmeldung zu vereinfachen, beschränkt sich die Verfahrensvariante ebenfalls auf die Rückmeldung von ganzen Aufträgen. Zusätzlich werden die Aufträge bei dieser Methode mit einem Wert in die Konten eingebucht, der mit der Position des Arbeitsvorgangs im Arbeitsplan des Auftrags abnimmt. Dazu wird die Auftragszeit durch den Positionszähler des Arbeitsvorgangs im Arbeitsplan geteilt:

ZAU BK = mit

ZAU PosAVG

ZAUBK ZAU PosAVG

(20.1)

Buchungsauftragszeit im Bestandskonto [Std] Auftragszeit [Std] Position des Arbeitsvorgangs im Arbeitsplan [-]

Dies sei an einem Beispiel erläutert: Ein Auftrag durchlaufe drei Arbeitssysteme (vgl. Tabelle 20.2). Dann wird der Auftrag bei der Freigabe am ersten Arbeitssystem mit der vollen Auftragszeit eingebucht, am zweiten Arbeitssystem mit der

362

20 Workload Control

halben Auftragszeit und am dritten Arbeitssystem mit einem Drittel der Auftragszeit. Tabelle 20.2 Berechnung der Buchungsauftragszeit Arbeits- ArbeitsPosition vorgang system Arbeitsvorgang

Auftragszeit

Buchungsauftragszeit

[-]

[-]

[-]

[Std]

[Std]

10 20 30

1 3 2

1 2 3

10 4 6

10 2 2

Workload Control mit Kanbans

Chang und Yih setzen Workload Control mit Hilfe von arbeitssystemspezifischen Kanbans (Karten) um [Chan-94]. Sie ordnen dazu jedem Arbeitssystem einer Fertigung eine bestimmte Anzahl von Kanbans zu, die der Bestandsgrenze des Arbeitssystems entspricht. Für die Freigabe benötigt ein Auftrag die Kanbans aller Arbeitssysteme, die der Auftrag durchlaufen wird. Die Kanbans bleiben von der Auftragsfreigabe bis zur Fertigstellung an dem Arbeitssystem, dem ein Kanban zugeordnet ist, beim Auftrag. D. h., mit Abschluss eines Arbeitsvorgangs an einem Arbeitssystem wird ein Kanban frei und kann so die Freigabe eines weiteren Auftrags autorisieren. Mit Hilfe der Kanbans kann ein Problem entschärft werden, das typisch für Workload Control ist. Das Verfahren verzögert in der Tendenz Aufträge mit vielen Arbeitsvorgängen. Ob ein Auftrag in der Freigabeprüfung freigegeben wird, hängt allein davon ab, ob die Bestandsgrenze an mindestens einem der zu durchlaufenden Arbeitssysteme überschritten ist (Auftrag wird blockiert) oder nicht (Auftrag wird freigegeben). Ist nur eine Bestandsgrenze überschritten, wird die Freigabe eines Auftrags abgelehnt. Falls möglich, zieht Workload Control dafür Aufträge vor, die das überlastete Arbeitssystem nicht durchlaufen. Durch die Freigabe dieser Aufträge werden häufig die Bestandsgrenzen weiterer Arbeitssysteme überschritten, die der zurückgestellte Auftrag durchlaufen würde. Der zurückgestellte Auftrag kann daher oft auch dann nicht freigegeben werden, wenn die Bestandsgrenze des Arbeitssystems unterschritten wird, das die Zurückstellung ursprünglich verursacht hatte. Das Verfahren benachteiligt damit tendenziell Aufträge, die viele verschiedene kapazitätskritische Arbeitssysteme durchlaufen. Für diese Aufträge besteht daher eine erhöhte Gefahr, verspätet freigegeben zu werden.4 Mit der Nutzung von Kanbans kann das Problem vermieden werden. Dazu werden die Kanbans immer den dringendsten Aufträgen zugeordnet. Dies sei an

4

Das Problem fällt bei einer periodischen Auftragsfreigabe vermutlich geringer aus als bei einer ereignisorientierten Auftragsfreigabe: Zu Beginn der Auftragsfreigabe sind in der Regel die Bestandsgrenzen mehrerer Bestandskonten unterschritten. Dies ist eine Gelegenheit für Aufträge mit vielen Arbeitsvorgängen, für die Fertigung freigegeben zu werden.

20.2 Diskussion der Verfahrensregeln

363

einem Beispiel erläutert. Bild 20.3 zeigt eine Liste dringender Aufträge mit integrierter Kanban-Tafel.

IFA 10.894

Bild 20.3 Liste dringender Aufträge mit Kanban-Tafel

Für die Arbeitssysteme 1 und 3 autorisieren Kanbans die Freigabe von Aufträgen. Sie sind Auftrag 1 zugeordnet, der nicht freigegeben werden kann, weil ein Kanban für Arbeitssystem 2 fehlt. Obwohl mit den verfügbaren Kanbans Auftrag 2 freigegeben werden könnte, der Arbeitssystem 2 nicht durchläuft, bleiben diese Kanbans Auftrag 1 zugeordnet. So wird gewährleistet, dass Auftrag 1 freigegeben werden kann, sobald ein Kanban von Arbeitssystem 2 eintrifft. Dieses Verfahren kann sinngemäß auf den Fall übertragen werden, dass der Bestand in Vorgabestunden gemessen wird. Chang und Yih simulieren das Verfahren und können keinen wesentlichen Vorteil gegenüber einer einfachen dezentralen Bestandsregelung nachweisen. Dies kann aufgrund der simulierten Fertigung, einer Produktionslinie, nicht überraschen: Alle Aufträge durchlaufen die gleichen Arbeitssysteme. Entsprechend besteht auch keine Möglichkeit für einen arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich (vgl. Kap. 16). Workload Control mit geänderten Freigabebedingungen

Die Bestandsregelung der Workload Control-Steuerung kann auf kapazitätskritische Arbeitssysteme beschränkt werden. Dazu werden die Bestandsgrenzen von Arbeitssystemen, die nicht kapazitätskritisch sind, auf einen sehr hohen Wert festgelegt. Diese Arbeitssysteme verlieren damit ihren Einfluss auf die Auftragsfreigabe. Dadurch beachtet die Auftragsfreigabe ausschließlich die kapazitätskritischen Arbeitssysteme. Die Engpass-Steuerung (Kap. 19) kann damit als Extremfall von Workload Control aufgefasst werden, in dem die Bestandsgrenzen der Nicht-Engpassarbeitssysteme auf einen unbegrenzt hohen Wert festgelegt werden und damit ausschließlich das Engpassarbeitssystem die Auftragsfreigabe steuert.

20.2 Diskussion der Verfahrensregeln Die arbeitssystemspezifische Bestandsregelung ist wesentliches Verfahrensmerkmal der Workload Control-Steuerung. Sie führt zu einem Belastungsabgleich bei

364

20 Workload Control

der Auftragsfreigabe. Die Verfahrensregeln werden im Folgenden anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert.

1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Workload Control begrenzt für jedes Arbeitssystem den Bestand zwischen der Auftragsfreigabe und dem Bearbeitungsende der Aufträge am Arbeitssystem. Damit lässt sich der (Direkt-)Bestand des Arbeitssystems umso genauer regeln, je geringer die Durchlaufzeit der Aufträge von der Auftragsfreigabe bis zum Eintreffen am Arbeitssystem ist. Zudem begrenzt das Verfahren über die Bestände der Arbeitssysteme auch den Gesamtbestand der Fertigung 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Je länger die Durchlaufzeit von der Auftragsfreigabe bis zum Eintreffen am Arbeitssystem im Verhältnis zur Arbeitssystemdurchlaufzeit ist, desto größer ist der Anteil der Aufträge im Bestandskonto des Arbeitssystems, die sich noch an vorgelagerten Arbeitssystemen befinden. Entsprechend wird die Bestandsgrenze des Arbeitssystems den gewünschten Direktbestand in der Regel deutlich überschreiten. Dadurch entsteht ein Spielraum für Schwankungen des Direktbestandes, der umso größer ist, je weiter das Arbeitssystem von der Auftragsfreigabe entfernt ist. Problematisch sind für das Verfahren insbesondere Auftragsspektren, in denen die Durchlaufzeit der Aufträge von der Auftragsfreigabe bis zum Eintreffen an einem betrachteten, kapazitätskritischen Arbeitssystem stark variiert. In Zeitabschnitten, in denen die Mehrzahl der Aufträge das Arbeitssystem sehr schnell erreicht, wird der Gesamtbestand den Direktbestand des Arbeitssystems nicht wesentlich überschreiten. Es würde folglich eine relativ niedrige Bestandsgrenze ausreichen. Dominieren dagegen in anderen Zeitabschnitten Aufträge mit einer langen Durchlaufzeit bis zum Eintreffen am Arbeitssystem, wäre eine hohe Bestandsgrenze förderlich. In diesem Fall wird der Gesamtbestand deutlich höher sein als der Direktbestand am Arbeitssystem. Wechseln sich die Zeitabschnitte mit kurzen bzw. langen Durchlaufzeiten bis zum betrachteten Arbeitssystem in schneller Folge ab, müsste die Bestandsgrenze daher laufend neu berechnet werden. Dies wäre jedoch aufwändig. Das Problem kann insbesondere dann auftreten, wenn die Position eines Arbeitssystems im Durchlauf der Aufträge stark variiert. Dies scheint durch Simulationsversuche von Cigolini und Portioli-Staudacher bestätigt zu werden [Cigo-02]. Bei einer stabilen Position der Arbeitssysteme im Materialfluss sollte das Problem hingegen nicht oder nur in deutlich verringertem Ausmaß entstehen. 3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Workload Control blockiert Aufträge bei der Auftragsfreigabe. Im Unterschied zu einer rein terminorientierten Auftragsfreigabe kann das Verfahren auch Aufträge blockieren, deren Plan-Starttermin schon überschritten ist. Dafür gibt es ggf. Aufträge vorzeitig frei, wenn dadurch die Auslastung der Arbeitssysteme gesichert

20.2 Diskussion der Verfahrensregeln

365

werden kann. Während des Durchlaufs der Aufträge durch die Fertigung verursacht Workload Control aber keine blockierten Bestände.

4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Der zeitliche Belastungsabgleich ist ein wesentliches Merkmal von Workload Control. Das Verfahren hält Aufträge zurück, die Arbeitssysteme mit überschrittener Bestandsgrenze durchlaufen. Es gibt dafür ggf. Aufträge vorzeitig frei, die (ausschließlich) Arbeitssysteme mit unterschrittener Bestandsgrenze belasten. Das Verfahren kann dadurch bei einem vergleichbaren Bestand eine höhere Leistung erzielen als ein Fertigungssteuerungsverfahren ohne einen derartigen Belastungsabgleich. Workload Control basiert auf der Annahme, dass der Bestand zwischen Auftragsfreigabe und Fertigstellung am Arbeitssystem ein Maß für den Schutz eines Arbeitssystems vor Materialflussabrissen ist. Offensichtlich hängt die Möglichkeit eines Materialflussabrisses zusätzlich auch von der Position des Bestands ab. D. h., ein Direktbestand schützt ein Arbeitssystem in der unmittelbaren Zukunft zuverlässiger vor Materialflussabrissen als ein Bestand, der noch Vorgängerarbeitssysteme durchlaufen muss, bis er am Arbeitsystem eintrifft. Die Wirksamkeit des Belastungsabgleichs mit der Workload Control-Steuerung hängt damit von der Zuverlässigkeit ab, mit der die Verteilung des Bestands auf die Arbeitssysteme vorhergesagt werden kann (vgl. dazu auch [Land-96] sowie die Ausführungen zur Belastungsorientierten Auftragsfreigabe). 5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Workload Control verursacht Reihenfolgevertauschungen bei der Freigabe der Aufträge. Dies ermöglicht einen Belastungsabgleich. Darüber hinaus verzögert das Verfahren in einigen Verfahrensvarianten tendenziell die Freigabe von Aufträgen mit vielen Arbeitsvorgängen. Es ist sinnvoll, die resultierenden Reihenfolgevertauschungen beim Durchlauf durch die Fertigung auszugleichen. Daher bietet es sich an, das Verfahren mit einer Reihenfolgeregel zu kombinieren, die die PlanEndtermine der Aufträge berücksichtigt. 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Planabweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. In der Version von Tatsiopoulos, Kingsman und Hendry ist Workload Control in ein übergeordnetes, hierarchisches System für die Planung und Steuerung von Auftragsfertigern integriert. Ihr Planungskonzept enthält u. a. eine Entscheidung über Kapazitätserhöhungen. Die Autoren schlagen vor, die Kapazität von Arbeitssystemen zu erhöhen, wenn dies die Zusage einer marktkonformen Lieferzeit ermöglichen würde [King-02]. Damit gehört Workload Control in der Variante von Tatsiopoulos, Hendry und Kingsman zu den wenigen Verfahren, die eine kurzfristige Steuerung der Kapazitäten integrieren. Eine explizite Rückstandsregelung ist jedoch auch in dieser Version nicht vorhanden. Es ist daher sinnvoll, das Verfahren um eine Rückstandsregelung zu ergänzen, um die Liefertreue auch bei PlanAbweichungen gewährleisten zu können.

366

20 Workload Control

7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Workload Control berücksichtigt das Engpassprinzip mindestens implizit. In der Regel sind es die Engpassarbeitssysteme, an denen die Bestandsgrenzen (als erstes) überschritten werden. Wird die Bestandsgrenze nach Fertigstellung eines Auftrags am Engpassarbeitssystem unterschritten, löst Workload Control die Freigabe weiterer Aufträge aus. Eine überschrittene Bestandsgrenze verhindert die Freigabe weiterer Aufträge für das Arbeitssystem. Das Verfahren ist zudem in der Lage, Fertigungen mit wechselnden Engpassarbeitssystemen zu steuern. 8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Die Verfahrensregeln der Workload Control-Steuerung sind relativ einfach. Sie setzen in den meisten Verfahrensvarianten jedoch eine Rückmeldung der Arbeitsvorgänge voraus. Yih und Chang verwenden dazu arbeitssystemspezifische Kanbans (vgl. dazu Abschn. 20.1.2). Tatsiopoulos sowie Land und Gaalman vermeiden in weiteren Varianten der Workload Control-Steuerung die Rückmeldung einzelner Arbeitsvorgänge und beschränken sich auf die Rückmeldung von Aufträgen.

20.3 Festlegung der Verfahrensparameter Die Bestandsgrenzen der Arbeitssysteme sind der wichtigste Verfahrensparameter der Workload Control-Steuerung. Sie bestimmen über Bestände und (bestandsbedingte) Auslastungen der Arbeitssysteme und über die Durchlaufzeiten der Aufträge. Darüber hinaus ist der Vorgriffshorizont festzulegen, falls die vorzeitige Freigabe von Aufträgen auf eine definierte Zeitdauer begrenzt werden soll. Die Festlegung des Vorgriffshorizonts wird ausführlicher für die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe diskutiert (Abschn. 21.3). Da sich das Vorgehen ohne Änderung auf die Workload Control-Steuerung übertragen lässt, wird auf eine Erläuterung in diesem Abschnitt verzichtet. Wie bei allen anderen bestandsregelnden Steuerungsverfahren können die Bestandsgrenzen in einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess schrittweise bestimmt werden. Dazu wird ein als ausreichend bekannter Startwert festgelegt und anschließend schrittweise gesenkt, bis die Auslastungsverluste ein tolerierbares Niveau überschreiten. Dieses Vorgehen entbindet die Unternehmen jedoch nicht von der Notwendigkeit, sich logistisch im Spannungsfeld zwischen niedrigen Beständen und Durchlaufzeiten einerseits und einer hohen Auslastung andererseits zu positionieren. Es wird daher im Folgenden um ein modellbasiertes Vorgehen ergänzt. Dieses umfasst zum einen eine logistische Positionierung der Arbeitssysteme der Fertigung und zum anderen die Berechnung der Bestandsgrenzen für die Arbeitssysteme. Logistische Positionierung

Die logistische Positionierung unterscheidet sich nicht grundsätzlich bei den verschiedenen Fertigungssteuerungsverfahren. Sie umfasst zwei Schritte:

20.3 Festlegung der Verfahrensparameter

• •

367

Die Berechnung der Produktionskennlinien für die Arbeitssysteme Die Festlegung eines Plan-Bestands für die Arbeitssysteme (logistische Positionierung)

Beide Schritte sind ausführlich in Abschnitt 3.2.2.3 erläutert. Der zweite Schritt legt mit dem Plan-Bestand auch die Plan-Durchlauf- und die Plan-Übergangszeiten der Arbeitssysteme fest. Auf der Grundlage einer logistischen Positionierung ist es damit möglich, Plan-Durchlaufzeiten für alle Aufträge zu bestimmen. Berechnung der Bestandsgrenzen

Es ist Aufgabe der Fertigungssteuerung, die Bestandsgrenzen so festzulegen, dass die Plan-Bestände erreicht werden. Es stellt sich daher unmittelbar die Frage nach dem rechnerischen Zusammenhang zwischen Bestandsgrenze und Bestand. Eine exakte Umrechnungsvorschrift lässt sich – schon aufgrund der Dynamik der Fertigungssteuerung – nicht bestimmen. Es ist jedoch relativ einfach, den Zusammenhang zwischen Bestand und Bestandsgrenze abzuschätzen. Dazu wird zunächst die vereinfachende Annahme getroffen, dass der Gesamtbestand eines Arbeitssystems seiner Bestandsgrenze entspricht:

Bges ≈ BG mit

(20.2)

Bges BG

Gesamtbestand [Std] Bestandsgrenze [Std]

Ist das Verhältnis von Gesamtbestand zu Direktbestand bekannt, kann die Bestandsgrenze wie folgt festgelegt werden:

BG = Bm , Plan ⋅ mit

Bges , m, Plan Bm, Plan

BG Bm,Plan Bges,m,Plan

(20.3)

Bestandsgrenze [Std] mittlerer Plan-(Direkt-)Bestand [Std] mittlerer Plan-Gesamtbestand [Std]

Das Verhältnis der Mittelwerte von Plan-Gesamtbestand und PlanDirektbestand lässt sich relativ einfach bestimmen. Dazu sei zunächst der Durchlauf eines einzelnen Auftrags von der Auftragsfreigabe bis zur Fertigstellung des Auftrags an einem Arbeitssystem betrachtet (Bild 20.4). Von der Auftragsfreigabe bis zum Zugang am Arbeitssystem wird der Auftrag als Indirektbestand des Arbeitssystems berücksichtigt, vom Zugang bis zum Bearbeitungsende als Direktbestand. Das Verhältnis von Gesamtbestandsfläche und Direktbestandsfläche berechnet sich folglich zu:

BFges BFdir mit

=

ZDLges , i , j

BFges BFdir

(20.4)

ZDLi , j Gesamtbestandsfläche [Std • BKT] Direktbestandsfläche [Std • BKT]

368

20 Workload Control

ZDLges,i,j ZDLi,j

Durchlaufzeit von Auftrag i von der Auftragsfreigabe bis zum Bearbeitungsende an Arbeitssystem j [BKT] Durchlaufzeit von Auftrag i an Arbeitssystem j [BKT]

IFA 10.645

Bild 20.4 Darstellung von Direkt- und Indirektbestand im erweiterten Durchlaufelement

Dieses Vorgehen kann auf mehrere Aufträge erweitert werden. Dazu sind die Durchlaufzeiten der Aufträge mit ihren Auftragszeiten zu gewichten (Bild 20.5). Entsprechend gilt: AnzAuf

BFges BFdir

=

∑ (ZAU

∑ (ZAU i =1

mit

i, j

⋅ ZDLges ,i , j

i =1 AnzAuf

BFges BFdir ZAUi,j ZDLges,i,j ZDLi,j AnzAuf

i, j

⋅ ZDLi , j

)

) (20.5)

Gesamtbestandsfläche [Std • BKT] Direktbestandsfläche [Std • BKT] Auftragszeit von Auftrag i an Arbeitssystem j [Std] Durchlaufzeit von Auftrag i von der Auftragsfreigabe bis zum Bearbeitungsende an Arbeitssystem j [BKT] Durchlaufzeit von Auftrag i an Arbeitssystem j [BKT] Anzahl Aufträge [-]

20.3 Festlegung der Verfahrensparameter

369

IFA 10.914

Bild 20.5 Darstellung von Direkt- und Indirektbestand im Durchlaufdiagramm

Das Verhältnis zwischen Direktbestand und Gesamtbestand entspricht dem Verhältnis ihrer Bestandsflächen (vgl. [Wien-97b]). Daher gilt mit Gl. 20.3: AnzAuf

BG j = Bm, Plan , j ⋅

∑ (ZAU

∑ (ZAU i =1

mit

BGj Bm,Plan,j ZAUi,j ZDLPlan,ges,i,j ZDLPlan,i,j AnzAuf

i, j

⋅ ZDLPlan , ges ,i , j

i =1 AnzAuf

i , j ⋅ ZDLPlan , i , j

)

) (20.6)

Bestandsgrenze Arbeitssystem j [Std] Plan-Bestand an Arbeitssystem j [Std] Auftragszeit von Auftrag i an Arbeitssystem j [Std] Plan-Durchlaufzeit von Auftrag i von der Auftragsfreigabe bis zum Bearbeitungsende am Arbeitssystem j [BKT] Plan-Durchlaufzeit von Auftrag i an Arbeitssystem j [BKT] Anzahl Aufträge [-]

Um die Bestandsgrenzen modellbasiert festzulegen, sind für eine repräsentative Menge von Aufträgen die Plan-Durchlaufzeiten zu bestimmen. Die Bestandsgrenze ergibt sich dann aus dem Produkt des Plan-Bestands mit dem Quotienten aus Gesamtbestand und Direktbestand des Arbeitssystems. Die Idee, eine repräsentative Menge von Aufträgen für die Dimensionierung der Bestandsgrenze zu verwenden, lehnt sich an eine Methodik von Bertrand und Wortmann zur Dimensionierung der Workload Control-Steuerung an [Bert-81]. Bei einer periodischen Auftragsfreigabe nimmt der Bestand der Fertigung zwischen zwei Freigabezeitpunkten um die in der Periode fertig gestellte Arbeit ab.

370

20 Workload Control

Bertrand und Wortmann berücksichtigen dies, indem sie die Bestandsgrenze um den Plan-Abgang der Periode erhöhen [Bert-81]. Entsprechend gilt mit Gl. 20.6: AnzAuf

BG j , period = BPlan , j ⋅

∑ (ZAU

∑ (ZAU i =1

mit

BGj BPlan,j ZAUi,j ZDLPlan,i,j ZDLPlan,ges,i,j ABPlan,j AnzAuf

i, j

⋅ ZDLPlan , ges ,i , j

i =1 AnzAuf

i, j

⋅ ZDLPlan ,i , j

)

)

+ ABPlan , j

(20.7)

Bestandsgrenze Arbeitssystem j [Std] Plan-Bestand an Arbeitssystem j [Std] Auftragszeit von Auftrag i an Arbeitssystem j [Std] Plan-Durchlaufzeit von Auftrag i an Arbeitssystem j [BKT] Plan-Durchlaufzeit von Auftrag i von der Auftragsfreigabe bis zum Bearbeitungsende am Arbeitssystem j [BKT] Plan-Abgang Arbeitssystem j in Freigabeperiode [Std] Anzahl Aufträge [-]

Zudem erhöhen Bertrand und Wortmann die Bestandsgrenze an gering ausgelasteten Arbeitssystemen über das berechnete Maß. Sie vermeiden so, dass diese Arbeitssysteme die Freigabe von Aufträgen verhindern, wenn zeitweise mehr Aufträge als im Durchschnitt das Arbeitssystem belasten.

20.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Es wäre ungewöhnlich, Workload Control unternehmensübergreifend einzusetzen. Dies würde übereinstimmende Fertigungslosgrößen und allgemein sehr enge Lieferbeziehungen zwischen lieferndem und empfangendem Unternehmen voraussetzen. In der Praxis sind solche Konstellationen nur selten zu finden.

20.5 Anwendung Workload Control zielt auf eine gleichmäßige Auslastung der Arbeitssysteme. Entsprechend wird ein Unternehmen das Verfahren einsetzen, wenn die gleichmäßige Auslastung ein wichtiges logistisches Ziel ist, das nicht bereits durch die Terminierung der Aufträge gewährleistet wird. Hiervon ist z. B. auszugehen, wenn die Aufträge erzeugt werden, ohne die Kapazität zu berücksichtigen. Wie alle Verfahren mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich erzeugt Workload Control Reihenfolgevertauschungen bei der Auftragsfreigabe. Das Verfahren verursacht damit eine hohe Streuung der Zugangsterminabweichung. Diese führt bei einer Abfertigung in der Reihenfolge des Zugangs (FIFO) zu einer vergleichbaren Streuung der Abgangsterminabweichung. Eine hohe Termintreue erzielt das Verfahren daher nur, wenn das Unternehmen eine hohe Termintoleranz

20.5 Anwendung

371

akzeptiert oder die Streuung der Abgangsterminabweichung durch eine geeignete Reihenfolgeregel verringert wird. Das Verfahren sollte daher mit einer Reihenfolgeregel kombiniert werden, die die Plan-Fertigstellungstermine der Aufträge berücksichtigt. Aus der Diskussion der Verfahrensregeln (Abschn. 20.2) leiten sich weitere Einsatzvoraussetzungen für das Verfahren ab:

• • •

Ein Mindestmaß an Materialflusskomplexität ist erforderlich, damit das Verfahren einen arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich durchführen kann. Die Position der Arbeitssysteme im Auftragsdurchlauf sollte möglichst gleich bleiben. Die Rückmeldung von Arbeitsvorgängen ist mindestens im Grundverfahren erforderlich.

Ferner sollten die Verfahrensregeln so modifiziert bzw. ausgelegt werden, dass die Freigabe von Aufträgen mit vielen Arbeitsvorgängen nicht unverhältnismäßig lange verzögert wird. Bertrand und Wortmann beschreiben eine erfolgreiche Anwendung des Verfahrens in der Halbleiterindustrie in einem Werk von Phillips in den Niederlanden [Bert-81]. Durch die Anwendung der Workload Control-Steuerung gelang es, die mittlere Durchlaufzeit der Lose von ca. 35 auf ca. 25 Tage zu senken. Gleichzeitig reduzierte sich die Streuung der Durchlaufzeiten. Durch die Durchlaufzeitreduzierung konnte zudem der Anteil defekter Produkte stark verringert werden.

21 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe

Es dürfte kaum ein Fertigungssteuerungsverfahren geben, das so viele akademische Debatten ausgelöst hat wie die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe (BOA). Seit Bechte das Verfahren 1980 in seiner Dissertation am Institut für Fabrikanlagen und Logistik der Universität Hannover vorgestellt hat [Bech-84 (Nachdruck)], reißt die Diskussion um das Verfahren nicht ab. Die BOA ist Gegenstand zahlreicher Veröffentlichungen in deutschsprachigen wie in internationalen Zeitschriften. Im deutschsprachigen Raum wird sie zudem an vielen Universitäten und Fachhochschulen gelehrt. Über die akademische Diskussion vermeintlicher und tatsächlicher Stärken und Schwächen (vgl. etwa [Knol-91]) kann leicht vergessen werden, dass sich die BOA in der industriellen Anwendung bewährt hat [Wien-91]. Neben der Dissertation von Bechte ist die Darstellung von Wiendahl [Wien97b] die wichtigste und wohl auch meist zitierte Quelle zur BOA. Die folgenden Ausführungen weichen von dieser klassischen Darstellung erheblich ab, um die Einheitlichkeit zu gewährleisten, mit der Fertigungssteuerungsverfahren in diesem Buch dargestellt werden. Dem Leser sei sie jedoch zur vertiefenden Lektüre ausdrücklich empfohlen. Das Kapitel gliedert sich wie folgt: • • •

• •

Abschnitt 21.1 stellt die Verfahrensregeln dar und erläutert sie anhand eines Beispiels. Abschnitt 21.2 diskutiert die Verfahrensregeln der BOA anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren. Abschnitt 21.3 ist der Festlegung der Verfahrensparameter gewidmet. Das beschriebene Vorgehen weicht erheblich von der Methode Bechtes ab. Ohne die Verfahrensregeln selbst zu ändern, kann der Anwendungsbereich des Verfahrens so erheblich ausgeweitet werden. Unter anderem können Fertigungssteuerungsverfahren wie Workload Control, die Engpass-Steuerung oder auch Conwip allein durch die Festlegung der Verfahrensparameter abgebildet werden. Abschnitt 21.4 behandelt die unternehmensübergreifende Anwendung der BOA. Abschnitt 21.5 beschreibt Anwendungserfahrungen mit dem Auftragsfreigabeverfahren.

374

21 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe

21.1 Verfahrensbeschreibung Bild 21.1 zeigt das Prinzip der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe: Ein zentrales PPS-System generiert über eine Rückwärtsterminierung eine Liste dringender Aufträge. Ein Auftrag wird freigegeben, wenn die Bestandsgrenze1 an keinem der Arbeitssysteme überschritten ist, die der Auftrag durchlaufen wird. Bechte schlägt für das Verfahren eine periodische Auftragsfreigabe vor. Die BOA eignet sich grundsätzlich jedoch auch für eine ereignisorientierte Auftragsfreigabe.

IFA 10.800

Bild 21.1 Prinzip der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe

Im Unterschied zur Workload Control-Steuerung bucht das Verfahren die Aufträge nicht immer mit der vollen Auftragszeit in die Bestandskonten der Arbeitssysteme ein: Durchläuft ein Auftrag vor dem Eintreffen an einem Arbeitssystem noch andere Arbeitssysteme, wird die Buchungsauftragszeit um die sog. Abzinsungsfaktoren der vorgelagerten Arbeitssysteme reduziert. Die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe basiert damit auf vier Elementen: • •

1

Die Liste freizugebender Aufträge enthält alle bekannten, aber noch nicht freigegebenen Aufträge, deren Plan-Starttermin innerhalb eines bestimmten Vorgriffshorizonts liegt. Jedem Arbeitssystem ist ein Bestandskonto zugeordnet. In dieses werden die Aufträge mit einer Buchungsauftragszeit bei der Freigabe eingebucht und bei der Fertigstellung ausgebucht. Aufträge im Direktbestand des Arbeitssystems werden mit der vollen Auftragszeit eingebucht. Aufträge für das Arbeitssys-

Bechte verwendet ursprünglich den Begriff der Belastungsschranke.

21.1 Verfahrensbeschreibung

375

tem, die sich noch an vorhergehenden Arbeitssystemen befinden (Indirektbestand), werden mit einer abgezinsten (reduzierten) Buchungsauftragszeit im Bestandskonto berücksichtigt. Für jedes Arbeitssystem wird eine Bestandsgrenze definiert. Überschreitet der Bestand im Bestandskonto die Bestandsgrenze, blockiert das Verfahren die Freigabe aller Aufträge, die das betreffende Arbeitssystem durchlaufen würden. Jedem Arbeitssystem ist ein Abzinsungsfaktor zugeordnet. Dieser bestimmt, mit welchem Prozentsatz die Auftragszeit eines Auftrags in den Bestandskonten nachfolgender Arbeitssysteme berücksichtigt wird.

•

•

Die Abzinsung der Auftragszeiten ist ein wesentliches Merkmal der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe. Grundidee ist es, die Buchungsauftragszeit von Aufträgen umso stärker zu reduzieren, je länger ein Auftrag bis zum Eintreffen am betrachteten Arbeitssystem voraussichtlich benötigen wird. Die Buchungsauftragszeit eines Auftrags berechnet sich als Produkt der Abzinsungsfaktoren der vorgelagerten Arbeitssysteme und der Auftragszeit am Arbeitssystem. Es gilt [Bech-84]:

falls AktAS = j ZAU j ⎧ ⎪ j −1 ZAU BK , j = ⎨ ABFA ⎛ i ⎞ ⎪ZAU j ⋅ ∏ ⎜⎝ 100 ⎟⎠ falls AktAS ≤ j i = AktAS ⎩ mit

ZAUBK,j ZAUj ABFAi AktAS

(21.1)

Buchungsauftragszeit im Bestandskonto von Arbeitssystem j [Std] Auftragszeit an Arbeitssystem j [Std] Abzinsungsfaktor Arbeitssystem i [%] Index des aktuellen Arbeitssystems [-]

Die Formel sei anhand eines Auftrags erläutert, der vier Arbeitssysteme durchläuft (Tabelle 21.1). Tabelle 21.1 Abzinsung der Auftragszeiten bei der Auftragsfreigabe AVG

AS

ZAU

ABFA

Einlastung

ZAUBK

[-]

[-]

[Std]

[%]

[%]

[Std]

1 2 3 4

5000 4600 6000 6200

3,0 7,0 5,0 2,0

50 80 75 75

100 50 40 30

3,0 3,5 2,0 0,6

AVG : Arbeitsvorgang AS : Arbeitssystem ZAU : Auftragszeit ABFA : Abzinsungsfaktor ZAUBK : Buchungsauftragszeit

Die Tabelle enthält für jedes Arbeitssystem den Abzinsungsfaktor. Bei der Auftragsfreigabe wird der Auftrag dem ersten Arbeitssystem zugerechnet (Index des aktuellen Arbeitssystems = 1). Der Auftrag wird am ersten Arbeitssystem mit der vollen Auftragszeit in das Bestandskonto eingebucht. Am zweiten Arbeitssystem wird die Auftragszeit um den Abzinsungsfaktor des ersten Arbeitssystems redu-

376

21 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe

ziert (ZAUBK,2 = 7,0 ⋅ 0,5 = 3,5), am dritten Arbeitssystem um die Abzinsungsfaktoren der ersten beiden Arbeitssysteme (ZAUBK,3 = 5,0 ⋅ 0,5 ⋅ 0,8 = 2,0), usw. Hieraus resultiert die (prozentuale) Einlastung eines Auftrags in das Bestandskonto (vorletzte Spalte in Tabelle 21.1). Mit Abschluss des ersten Arbeitsvorgangs wird der Auftrag zum einen aus dem Bestandskonto des ersten Arbeitssystems ausgebucht. Zum anderen werden die Buchungsauftragszeiten des Auftrags in den Bestandskonten der übrigen Arbeitssysteme neu berechnet. Die Abzinsung um den Abzinsungsfaktor des Arbeitssystems entfällt. Dieser und andere Aspekte der BOA werden nachfolgend an einem Beispiel erläutert. Betrachtet wird eine Fertigung mit drei Arbeitssystemen (Bild 21.2).

IFA 10.640A

Bild 21.2 Funktionsweise der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe (1)

21.1 Verfahrensbeschreibung

377

IFA 10.640B

Bild 21.2 Funktionsweise der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe (2)

Für jedes Arbeitssystem ist das Bestandskonto dargestellt. Im Bestandskonto sind alle freigegebenen, aber am Arbeitssystem noch nicht fertig gestellten Aufträge mit der Buchungsauftragszeit eingebucht. Ein horizontaler Trennstrich unterteilt im Bestandskonto den Direktbestand am Arbeitssystem und den Indirektbestand an vorgelagerten Arbeitssystemen. Die Summenspalte enthält die aufsummierten Buchungsauftragszeiten. Ist die Bestandsgrenze überschritten, wird die letzte Zeile in Fettdruck dargestellt. Das Bild zeigt außerdem eine Liste der Aufträge, die entweder schon freigegeben wurden (oberhalb des horizontalen Trennstrichs) oder noch freizugeben sind (unterhalb des Trennstrichs). Die Liste enthält für jeden Auftrag die Auftragsnummer, den geplanten Starttermin und außerdem die Arbeitssysteme, die der Auftrag durchlaufen wird, bzw. schon durchlaufen hat. Abgeschlossene Arbeitsvorgänge sind durch ein Kreuz gekennzeichnet. Für die übrigen Arbeitsvorgänge ist jeweils die Auftragszeit am Arbeitssystem eingetragen. In der Ausgangssituation (Bild 21.2 a) sind die Bestandsgrenzen aller Arbeitssysteme unterschritten. Am Beginn der betrachteten Periode prüft die BOA für alle freizugebenden Aufträge in der Reihenfolge ihrer Dringlichkeit die Freigabe. Sie gibt zunächst Auftrag 5 frei (Schritt a in Bild 21.2 b) und bucht ihn mit der vollen Auftragszeit in das Bestandskonto von Arbeitssystem 2 ein (Schritt b). Im Bestandskonto von Arbeitssystem 3 wird aufgrund der Abzinsung an Arbeitssystem 2 nur die Hälfte der Auftragszeit berücksichtigt (Schritt c). Durch die Freigabe von Auftrag 5 wird die Bestandsgrenze an keinem der Arbeitssysteme über-

378

21 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe

schritten. Daher kann die BOA auch Auftrag 6 freigeben (Schritt d). Der Auftrag wird mit der vollen Auftragszeit in das Bestandskonto von Arbeitssystem 1 (Schritt e) und mit abgezinsten Auftragszeiten in die Bestandskonten der Arbeitssysteme 2 bzw. 3 eingebucht (Schritte f und g). Dadurch wird die Bestandsgrenze an Arbeitssystem 2 überschritten. Der Algorithmus kann daher Auftrag 7 nicht freigeben, weil dieser Arbeitssystem 2 durchlaufen würde. Stattdessen gibt die BOA Auftrag 8 frei (Schritt h), der ausschließlich die Arbeitssysteme 1 und 3 durchläuft. Dadurch werden auch die Bestandsgrenzen dieser Arbeitssysteme überschritten (Schritte i und j). Es kann kein Auftrag mehr freigegeben werden; die Phase der Auftragsfreigabe ist damit abgeschlossen. Sobald Arbeitssystem 1 die Bearbeitung von Auftrag 4 abschließt (Schritt a in Bild 21.2 c), wird der Auftrag aus dem Bestandskonto des Arbeitssystems ausgebucht (Schritt b) und zu Arbeitssystem 2 transportiert. Auftrag 4 wird nun als Direktbestand mit der vollen Auftragszeit im Bestandskonto von Arbeitssystem 2 geführt (Schritt c). Im Bestandskonto von Arbeitssystem 3 entfällt die Abzinsung an Arbeitssystem 1. Dadurch erhöht sich die Buchungsauftragszeit auf 1,0 Vorgabestunden (Schritt d).

21.2 Diskussion der Verfahrensregeln Die arbeitssystemspezifische Bestandsregelung und die Abzinsung der Auftragszeiten sind die wesentlichen Verfahrensmerkmale der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe. Sie ermöglichen einen Belastungsabgleich bei der Auftragsfreigabe. Die Verfahrensregeln werden nachfolgend anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert.

1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe begrenzt für jedes Arbeitssystem den Bestand zwischen der Auftragsfreigabe und dem Bearbeitungsende der Aufträge am Arbeitssystem. Damit lässt sich der (Direkt-)Bestand des Arbeitssystems umso genauer regeln, je geringer die Durchlaufzeit der Aufträge von der Auftragsfreigabe bis zum Eintreffen am Arbeitssystem ist. Der Bestand der gesamten Fertigung wird durch das Verfahren ebenfalls begrenzt. 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Bestandsschwankungen zu vermeiden ist keine ausgeprägte Stärke der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe: Schließt ein Arbeitssystem die Bearbeitung eines Auftrags ab, wird er mit der kompletten Auftragszeit aus dem Bestandskonto des Arbeitssystems ausgebucht. Neu freigegebene Aufträge werden dagegen nur mit einer abgezinsten Buchungsauftragszeit in das Bestandskonto des Arbeitssystems eingebucht, wenn sie vorher noch andere Arbeitssysteme durchlaufen. Die Fertigstellung eines Arbeitsvorgangs kann daher die Freigabe mehrerer Aufträge

21.2 Diskussion der Verfahrensregeln

379

auslösen und dadurch Bestandsschwankungen verursachen. Dies ist die Kehrseite des durch die Abzinsung der Auftragszeiten verbesserten Belastungsabgleichs (vgl. Diskussion des vierten Leitsatzes). Dieser Nachteil hält sich insbesondere bei einer periodischen Auftragsfreigabe sowie bei nicht eindeutig definierten Fertigungsengpässen jedoch in Grenzen:

• •

Eine periodische Auftragsfreigabe ist grundsätzlich mit Bestandsschwankungen verbunden (vgl. Kap. 16). Daher fallen die zusätzlich durch die Abzinsung verursachten Bestandsschwankungen oft nicht ins Gewicht. Ist der Engpass nicht eindeutig definiert, begrenzen mehrere Arbeitssysteme die Auftragsfreigabe. Die Freigabe mehrerer Aufträge wird dann häufig durch das Überschreiten der Bestandsgrenzen anderer Arbeitssysteme verhindert.

Wiendahl empfiehlt, die Arbeitsvorgänge nur dann in die Belastungskonten einzubuchen, wenn die Buchungsauftragszeit einen Grenzwert überschreitet. Er nennt als Beispiel einen Grenzwert von 3 % der Belastungsgrenze [Wien-97b]. Breithaupt, Land und Nyhuis schlagen mit Verweis auf entsprechende Praxisanwendungen vor, nur die ersten vier Arbeitsvorgänge eines Auftrags in die Belastungskonten der Arbeitssysteme einzubuchen [Brei-02b]. Durch beide Vorschläge wird eine extreme Abzinsung der Auftragszeiten vermieden. Offensichtlich hängt die Anzahl der Arbeitsvorgänge, die für eine Belastungsabgleich berücksichtigt werden sollten, von der Position der kapazitätskritischen Arbeitssysteme im Materialfluss ab. Problematisch sind insbesondere kapazitätskritische Arbeitssysteme im hinteren Teil des Materialflusses.

3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe blockiert Bestände bei der Auftragsfreigabe. Im Unterschied zu einer Auftragsfreigabe nach Termin kann sie auch Aufträge blockieren, deren Plan-Starttermin schon überschritten ist. Dafür gibt sie ggf. Aufträge vorzeitig frei, wenn dadurch die Auslastung der Arbeitssysteme gesichert werden kann. Nach der Auftragsfreigabe verursacht die BOA keine blockierten Bestände. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Der zeitliche Belastungsabgleich ist ein wesentliches Verfahrensmerkmal der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe. Das Verfahren hält Aufträge zurück, wenn die Bestandsgrenze an mindestens einem der zu durchlaufenden Arbeitssysteme überschritten ist. Es zieht dafür Aufträge vor, die (ausschließlich) Arbeitssysteme mit unterschrittener Bestandsgrenze belasten. Die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe kann dadurch bei einem vergleichbaren Bestand eine höhere Leistung erzielen als Fertigungssteuerungsverfahren ohne einen derartigen Belastungsabgleich. Im Unterschied zur Workload Control-Steuerung berücksichtigt die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe die aktuelle Position freigegebener Aufträge bei der Entscheidung über die Freigabe neuer Aufträge. Das Verfahren gibt Aufträgen im Bestandskonto eines Arbeitssystems ein umso höheres Gewicht, je kürzer die

380

21 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe

Zeit bis zum Eintreffen am Arbeitssystem ist. Der so berechnete Gesamtbestand eines Arbeitssystems ist dadurch ein besseres Maß für den Schutz eines Arbeitssystems vor Materialflussabrissen als der Gesamtbestand, den die Workload Control-Steuerung verwendet (vgl. dazu [Land-96]). Dies sei am Beispiel einer Fertigung mit drei Arbeitssystemen erläutert (Bild 21.3).

IFA 10.895

Bild 21.3 Vergleich der Workload Control-Steuerung und der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe bei unterschiedlicher Verteilung der Aufträge auf die Arbeitssysteme der Fertigung

Dargestellt sind zwei unterschiedliche Belastungssituationen. In Bild 21.3 a sind die Aufträge gleichmäßig auf die Arbeitssysteme der Fertigung verteilt. Weder die Workload Control-Steuerung noch die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe geben weitere Aufträge für Arbeitssystem 3 frei, weil das Arbeitssystem nicht von Materialflussabrissen bedroht ist. Dagegen stauen sich die Aufträge in Bild 21.3 b an den ersten beiden Arbeitssystemen. Offensichtlich ist Arbeitssystem 3 von einem Materialflussabriss betrof-

21.2 Diskussion der Verfahrensregeln

381

fen. Dennoch würde die Workload Control-Steuerung keinen Auftrag freigeben, weil sie diese Belastungssituation von der im Bildteil a dargestellten Belastungssituation nicht unterscheiden kann. Die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe würde hingegen Aufträge freigeben, die ausschließlich Arbeitssystem 3 belasten. Sind solche Aufträge in der Liste freizugebender Aufträge vorhanden, führt dies zu einem verbesserten Belastungsabgleich gegenüber der Workload Control-Steuerung. Dies scheint durch Simulationsversuche von Cigolini und Portioli-Staudacher bestätigt zu werden. In einer Fertigung mit einem sehr komplexen Materialfluss erzielte eine Auftragsfreigabe mit Abzinsung der Auftragszeiten bessere Ergebnisse als eine Auftragsfreigabe ohne Abzinsung [Cigo-02, Pero-96]. Es ist jedoch offensichtlich, dass auch der Belastungsabgleich der BOA noch weiter verbessert werden kann, weil er auf einem heuristischen Prinzip beruht.

5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe verursacht Reihenfolgevertauschungen bei der Freigabe der Aufträge, um einen Belastungsabgleich zu ermöglichen. Darüber hinaus gibt das Verfahren Aufträge mit vielen Arbeitsvorgängen tendenziell später frei als Aufträge mit wenigen Arbeitsvorgängen (vgl. dazu die entsprechende Diskussion in Kapitel 20 für die Workload Control-Steuerung).2 Es ist sinnvoll, die terminlichen Auswirkungen dieser Reihenfolgevertauschungen beim Durchlauf der Aufträge durch die Fertigung auszugleichen. Daher bietet es sich an, das Verfahren mit einer Reihenfolgeregel zu kombinieren, die die PlanEndtermine der Arbeitsvorgänge berücksichtigt. 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Planabweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Es ist Aufgabe der Fertigungssteuerung, einen drohenden Rückstand zu verhindern und einen entstandenen Rückstand abzubauen. Die Verfahrensregeln der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe lassen eine Rückstandsregelung unberücksichtigt. Das Verfahren ist daher mit einer Rückstandsregelung zu kombinieren, um eine hohe Lieferbereitschaft auch bei Plan-Abweichungen gewährleisten zu können. Nyhuis skizziert hierzu eine Konzeptidee [Nyhu-99]. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe berücksichtigt das Engpassprinzip mindestens implizit. In der Regel sind es die Engpassarbeitssysteme, an denen die Bestandsgrenzen (als erstes) überschritten werden. Wird die Bestandsgrenze nach Fertigstellung eines Auftrags am Arbeitssystem unterschritten, löst das Verfahren zudem die Freigabe von Aufträgen aus. Bei überschrittener Bestandsgrenze wird die Freigabe weiterer Aufträge für das Arbeitssystem verhindert. Das Verfahren ist zudem in der Lage, Fertigungen mit wechselnden Engpässen zu steuern.

2

Dieser Verfahrensnachteil kann durch eine geringfügige Änderung der Verfahrensregeln vermieden werden (vgl. Kap. 20).

382

21 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe

8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Vor allem aufgrund der Abzinsung der Auftragszeiten sind die Verfahrensregeln der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe erklärungsbedürftig. Dies kann erhebliche Schwierigkeiten verursachen, Praktiker von der Anwendung des Verfahrens zu überzeugen. Das Verfahren setzt zudem eine Rückmeldung der Arbeitsvorgänge und damit in aller Regel eine elektronische Betriebsdatenerfassung voraus.

21.3 Festlegung der Verfahrensparameter Die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe basiert auf drei Verfahrensparametern:

• • •

dem Vorgriffshorizont (Abschn. 21.3.1) den Abzinsungsfaktoren der Arbeitssysteme (Abschn. 21.3.2) den Bestandsgrenzen der Arbeitssysteme (Abschn. 21.3.3)

Die modellbasierte Festlegung der Verfahrensparameter wird in den angegebenen Abschnitten beschrieben. Bechte schlägt vor, die Bestandsgrenzen und die Abzinsungsfaktoren der Arbeitssysteme fest zu verknüpfen. Das entsprechende Vorgehen wird in Abschnitt 21.3.4 beschrieben. Die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe kann verschiedene andere Fertigungssteuerungsverfahren allein über die Festlegung der Verfahrensparameter abbilden. Die dazu erforderlichen Parameterwerte werden in Abschnitt 21.3.5 beschrieben. Die BOA ist damit ein generisches Fertigungssteuerungsverfahren. Diese Eigenschaft macht sie für eine Integration in PPS-Software besonders geeignet. 21.3.1 Vorgriffshorizont Der Vorgriffshorizont legt die Zeitdauer fest, die ein Auftrag maximal vorzeitig, d. h. vor Erreichen des Plan-Starttermins, freigegeben werden darf. Die Auftragsfreigabe ist damit an folgende Bedingung geknüpft:

TStart ≤ TP0 + VH mit

TStart TP0 VH

(21.2)

Plan-Starttermin [BKT] Planungszeitpunkt [BKT] Vorgriffshorizont [BKT]

Der Vorgriffshorizont beeinflusst mittelbar die logistischen Zielgrößen der Fertigung:

•

Je länger der Vorgriffshorizont ist, desto mehr Aufträge stehen für einen Belastungsabgleich zur Verfügung. Die Effektivität des Belastungsabgleichs nimmt daher mit der Länge des Vorgriffshorizonts tendenziell zu [Wien-97b]. Entsprechend kann eine bestimmte Leistung bei einem langen Vorgriffshori-

21.3 Festlegung der Verfahrensparameter

•

383

zont mit einem niedrigeren Fertigungsbestand erreicht werden als bei einem kurzen Vorgriffshorizont. Je länger der Vorgriffshorizont ist, desto früher können Aufträge freigegeben werden. Dies hat drei mögliche negative Auswirkungen: Erstens erhöht sich tendenziell der Anteil vorzeitig fertig gestellter Aufträge und damit der Fertigwarenbestand. Zweitens steigt die Wahrscheinlichkeit, mit der Änderungswünsche des Kunden nach der Auftragsfreigabe eintreffen. Und drittens erhöht sich tendenziell der Anteil nicht dringender Aufträge in der Fertigung. Diese konkurrieren mit dringenden Aufträgen um die Kapazitäten der Fertigung [Wien-97b].

Es kann angenommen werden, dass die Effektivität des Belastungsabgleichs mit der Anzahl der Aufträge in der Liste freizugebender Aufträge nur degressiv ansteigt.3 Dies ist bei der Festlegung des Vorgriffshorizonts zu berücksichtigen. Insgesamt kann der Vorgriffshorizont Schwankungen im Kapazitätsbedarf, die durch einen Wechsel im Auftragsmix hervorgerufen werden, nur bis zu einem gewissen Maß ausgleichen. Bei stärkeren Kapazitätsbedarfsschwankungen muss das Kapazitätsangebot angepasst werden. 21.3.2 Abzinsungsfaktoren Bechte schlägt vor, die Abzinsungsfaktoren an die Bestandsgrenze zu koppeln. Das Vorgehen wird in Abschnitt 21.3.4 erläutert und hat sich in der Praxis bewährt. Grundsätzlich ist es jedoch aus mehreren Gründen sinnvoll, Bestandsgrenze und Abzinsung getrennt festzulegen. Ein Grund hierfür ist, dass der Bestand die Bestandsgrenze an wenig ausgelasteten Arbeitssystemen häufig nicht erreicht. Entsprechend besteht beim Vorschlag von Bechte die Tendenz, die Wahrscheinlichkeit zu unterschätzen, mit der Aufträge an diesem Arbeitssystem innerhalb einer Planungsperiode fertig gestellt werden [Pero-96]. Einen Vorschlag zur Lösung dieses Problems liefern Perona und Portioli [Pero-96]. Ein zweiter Grund sind die möglichen Bestandsschwankungen bei einer hohen Abzinsung. Generell können die folgenden Empfehlungen für die Festlegung der Abzinsungsfaktoren getroffen werden:

•

Bei einem eindeutig definierten Fertigungsengpass sollten die Abzinsungsfaktoren eher hoch festgelegt werden, um Bestandsschwankungen zu vermeiden.4 Bei ausgeglicheneren Kapazitäten können dagegen auch niedrigere Abzinsungsfaktoren gewählt werden. Hohe Bestandsschwankungen werden dann

3

Zur Erläuterung: Enthält eine Liste freizugebender Aufträge nur einen Auftrag, ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein zweiter Auftrag einen anderen Auftragsdurchlauf hat, relativ hoch. Enthält die Liste dagegen schon sehr viele Aufträge, wird ein zusätzlicher Auftrag mit hoher Wahrscheinlichkeit die gleichen Arbeitssysteme durchlaufen wie mehrere andere Aufträge in der Liste. Dann kann der zusätzliche Auftrag den Belastungsabgleich nicht mehr verbessern. Vgl. dazu die Diskussion des zweiten Leitsatzes zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren in Abschnitt 21.2.

4

384

•

•

21 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe

durch das Überschreiten der Bestandsgrenzen anderer Arbeitssysteme verhindert. Je höher die Durchlaufzeit eines Arbeitssystems ist, desto niedriger sollte der Abzinsungsfaktor gewählt werden. Die Plan-Durchlaufzeiten der Arbeitssysteme bieten damit einen geeigneten Angriffspunkt, um die Abzinsungsfaktoren der verschiedenen Arbeitssysteme untereinander abzustimmen. Für die kapazitätskritischen Arbeitssysteme sollte überprüft werden, mit welcher Buchungsauftragszeit eine repräsentative Auswahl von Aufträgen bei der Freigabe in die Bestandskonten eingebucht werden. Einerseits sollte sich die Abzinsung von Aufträgen mit unterschiedlich langen Durchlaufzeiten bis zum betrachteten Arbeitssystem deutlich unterscheiden. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, um den Belastungsabgleich verbessern zu können. Andererseits sollte die Abzinsung insgesamt nicht zu hoch ausfallen, um die resultierenden Bestandsschwankungen zu begrenzen.

Abzinsungsfaktor

Insbesondere bei Aufträgen mit vielen Arbeitsvorgängen kann es schwierig sein, die beiden im letzten Aufzählungspunkt genannten Anforderungen für alle Arbeitssysteme zu erfüllen. Eine Lösung des Problems besteht darin, den Abzinsungsfaktor nicht fest mit einzelnen Arbeitssystemen zu verknüpfen. Stattdessen könnte der Abzinsungsfaktor in Abhängigkeit von der (erwarteten) Durchlaufzeit des Auftrags bis zum Eintreffen am Arbeitssystem festgelegt werden. Bild 21.4 zeigt einen möglichen Verlauf einer Funktion für den Abzinsungsfaktor. Der Abzinsungsfaktor fällt von 100% für den Direktbestand (PlanDurchlaufzeit bis zum Eintreffen am Arbeitssystem = 0 BKT) bis auf einen Minimalwert ab (hier: Plan-Durchlaufzeit bis zum Eintreffen am Arbeitssystem = 5 BKT). Bei einer längeren Plan-Durchlaufzeit wird die Abzinsung stets mit dem minimalen Abzinsungsfaktor durchgeführt. 100

%

minimaler 50 Abzinsungsfaktor 25

0 0

1

2

3

4

5

BKT

7

Plan-Durchlaufzeit IFA 10.898

Bild 21.4 Festlegung des Abzinsungsfaktors in Abhängigkeit von der restlichen Plandurchlaufzeit bis zum Eintreffen am Arbeitssystem

21.3 Festlegung der Verfahrensparameter

385

21.3.3 Bestandsgrenzen Die Bestandsgrenze legt die Höhe des Buchungsbestandes fest, ab der ein Arbeitssystem die Freigabe von Aufträgen blockiert, die das Arbeitssystem durchlaufen. Die Bestandsgrenzen der Arbeitssysteme bestimmen damit über Bestände und Auslastung der Arbeitssysteme und über die Durchlaufzeiten der Aufträge. Wie bei anderen Fertigungssteuerungsverfahren ist es sinnvoll, die Bestandsgrenzen laufend zu überprüfen und ggf. in einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess schrittweise zu reduzieren. Die folgenden Ausführungen beschreiben die modellbasierte Festlegung der Bestandsgrenzen der Arbeitssysteme. Das Vorgehen gleicht der Methode, die für die Workload Control-Steuerung erläutert wurde (Abschn. 20.3). Es besteht aus zwei Schritten: einer logistischen Positionierung der Arbeitssysteme und der darauf aufbauenden Festlegung der Bestandsgrenze. Logistische Positionierung

Die logistische Positionierung umfasst zwei Schritte:

• •

die Berechnung der Produktionskennlinien die Festlegung der Plan-Bestände für die Arbeitssysteme Beide Schritte werden ausführlich in Abschnitt 3.2.2.3 erläutert.

Berechnung der Bestandsgrenzen

Die Bestandsgrenze eines Arbeitssystems ist so festzulegen, dass der resultierende Bestand möglichst exakt dem in der logistischen Positionierung ermittelten PlanBestand des Arbeitssystems entspricht. Um den Zusammenhang zwischen Bestand und Bestandsgrenze abzuschätzen, wird zunächst eine vereinfachende Annahme getroffen. Danach entspricht der mittlere Buchungsbestand (und damit der mittlere Plan-Gesamtbestand) ungefähr der Bestandsgrenze des Arbeitssystems:

BBK , m = B ges ,m , Plan ≈ BG mit

(21.3)

BBK,m mittlerer Buchungsbestand [Std] Bges,m,Plan mittlerer Plan-Gesamtbestand (Buchungsbestand) [Std] BG Bestandsgrenze [Std]

Die Bestandsgrenze lässt sich dann aus dem Plan-Bestand des Arbeitssystems und dem Verhältnis von Gesamtbestand und Direktbestand des Arbeitssystems berechnen:

BG = Bm, Plan mit

Bges , m, Plan Bm , Plan

BG Bestandsgrenze [Std] Bges,m,Plan mittlerer Plan-Gesamtbestand (Buchungsbestand) [Std] mittlerer Plan-Bestand [Std] Bm,Plan

(21.4)

386

21 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe

Der mittlere Plan-Bestand ist aus der logistischen Positionierung des Arbeitssystems bekannt. Das Verhältnis von Gesamtbestand zu Direktbestand lässt sich für einen Auftrag relativ einfach bestimmen. Bild 21.5 zeigt den Durchlauf eines Auftrags mit vier Arbeitsvorgängen, die an den Arbeitssystemen 1 bis 4 durchgeführt werden. Für die ersten drei Arbeitsvorgänge sind die Durchlaufelemente dargestellt. Unterhalb dieser Durchlaufelemente sind die Bestandsflächen abgebildet, mit der der Auftrag an Arbeitssystem 3 berücksichtigt wird.

IFA 10.897

Bild 21.5 Darstellung von Direkt- und Indirektbestand im Durchlaufelement

Im Unterschied zur Workload Control-Steuerung ist dabei die Abzinsung der Aufträge zu berücksichtigen. Nach der Auftragsfreigabe wird der Bestand mit einer Buchungsauftragszeit im Bestandskonto von Arbeitssystem 3 geführt, die um die Abzinsungsfaktoren der Arbeitssysteme 1 und 2 reduziert wird (im Beispiel also mit einem Viertel der Auftragszeit). Das Produkt aus der Durchlaufzeit an Arbeitssystem 1 und der Buchungsauftragszeit ergibt die Indirektbestandsfläche des Auftrags während des Durchlaufs an Arbeitssystem 1. Nach der Fertigstellung des Arbeitsvorgangs an Arbeitssystem 1 erhöht sich die Buchungsauftragszeit, da nun die Abzinsung durch Arbeitssystem 1 entfällt. Der Auftrag wird nun mit der Hälfte der Auftragszeit bewertet. Mit der Fertigstellung an Arbeitssystem 2 trifft der Auftrag an Arbeitssystem 3 ein und wird für die Durchlaufzeit an diesem Arbeitssystem mit der vollen Auftragszeit im Bestandskonto berücksichtigt. Das Verhältnis von Gesamtbestandsfläche zu Direktbestandsfläche berechnet sich für einen Auftrag folglich zu:

21.3 Festlegung der Verfahrensparameter j −1

BFges BFdir mit

=

j −1

⎛

⎛

∑ ⎜⎜ ZDL ⋅ ∏ ⎜⎝ i ,n

n =1 ⎝

k =n

ABFAk 100

⎞⎞ + ⎟⎟ ⎟ ⎠⎠

ZDLi , j (21.5)

ZDLi , j

BFges BFdir ZDLi,n ABFAk

387

Gesamtbestandsfläche [Std⋅BKT] Direktbestandsfläche [Std⋅BKT] Durchlaufzeit von Auftrag i an Arbeitssystem n [BKT] Abzinsungsfaktor Arbeitssystem k [%] Indexnummer des betrachteten Arbeitssystems [-]

j

Dieses Vorgehen kann auf mehrere Aufträge erweitert werden. Dazu ist das Verhältnis von Gesamtbestands- zu Direktbestandsfläche eines Auftrags mit seiner Auftragszeit zu gewichten. Entsprechend gilt: AnzAuf

BFges BFdir

∑

=

i =1

⎛ ⎜ ZAU i, j ⎜ ⎝

⎛

j −1

⎛

⎜ ⎝ n =1 ⎝

BFges BFdir ZAUi,j ZDLi,n ABFAk j AnzAuf

ABFAk 100 ⎝ k =n ⎛

AnzAuf

∑ (ZAU i =1

mit

j −1

⋅ ⎜ ∑ ⎜⎜ ZDLi , n ⋅ ∏ ⎜ i, j

⋅ ZDLi , j

⎞⎞ ⎞⎞ + ZDLi , j ⎟ ⎟ ⎟⎟ ⎟ ⎟⎟ ⎠⎠ ⎠⎠

)

(21.6)

Gesamtbestandsfläche [Std⋅BKT] Direktbestandsfläche [Std⋅BKT] Auftragszeit von Auftrag i an Arbeitssystem j [Std] Durchlaufzeit von Auftrag i an Arbeitssystem n [BKT] Abzinsungsfaktor Arbeitssystem k [%] Indexnummer des betrachteten Arbeitssystems [-] Anzahl Aufträge [-]

Um die Bestandsgrenzen modellbasiert festzulegen, sind für eine repräsentative Menge von Aufträgen die Plan-Durchlaufzeiten zu bestimmen. Die Bestandsgrenze ergibt sich dann aus dem Produkt des Plan-Bestands mit dem Quotienten aus Buchungsbestand und Direktbestand des Arbeitssystems. Die Idee, eine repräsentative Menge von Aufträgen für die Dimensionierung der Bestandsgrenze zu verwenden, lehnt sich an eine Methode von Bertrand und Wortmann zur Dimensionierung der Workload Control-Steuerung an [Bert-81]. Bei einer periodischen Auftragsfreigabe nimmt der Bestand zwischen zwei Freigabezeitpunkten um die in der Periode fertig gestellte Arbeit ab. Dies ist bei der Dimensionierung der Bestandsgrenze zu berücksichtigen (vgl. [Bert-81, Bech84]):

BG j , period = BG j , ereignis + ABPlan , j mit

BGj,period BGj,ereignis

(21.7)

Bestandsgrenze von Arbeitssystem j bei periodischer Auftragsfreigabe [Std] Bestandsgrenze von Arbeitssystem j bei ereignisorientierter Auftragsfreigabe [Std]

388

21 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe

ABPlan,j

Plan-Abgang von Arbeitssystem j

21.3.4 Festlegung der Abzinsungsfaktoren nach Bechte Bechte schlägt ein modellbasiertes Vorgehen vor, um den Abzinsungsfaktor eines Arbeitssystems aus der Bestandsgrenze zu berechnen [Bech-84]. Die Methodik wird ausführlich in [Wien-97b] erläutert. Bechte definiert hierzu den Einlastungsprozentsatz eines Arbeitssystems als Verhältnis von Bestandsgrenze und dem Plan-Periodenabgang [Bech-84]:

EPS = mit

BG ⋅ 100 ABPlan

EPS BG ABPlan

(21.8)

Einlastungsprozentsatz [%] Bestandsgrenze [Std] Plan-Abgang [Std]

Offensichtlich ist die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Auftrag innerhalb der Freigabeperiode an einem Arbeitssystem abgearbeitet wird, umso höher, je kleiner der Einlastungsprozentsatz ist. Bechte legt daher den Kehrwert des Einlastungsprozentsatzes als Abzinsungsfaktor eines Arbeitssystems fest [Wien-97b].

ABFA = mit

100 ⋅ 100 EPS

ABFA EPS

(21.9)

Abzinsungsfaktor [%] Einlastungsprozentsatz [%]

Dieses Vorgehen hat sich in Praxisanwendungen bewährt. Methodisch scheint es jedoch sinnvoller, den Abzinsungsfaktor nicht als Funktion der Bestandsgrenze zu definieren, weil beide Parameter unterschiedlichen Zwecken dienen. Die Bestandsgrenze bestimmt das Bestandsniveau eines Arbeitssystems. Der Abzinsungsfaktor dient hingegen zur Berechnung eines geeigneten Belastungsmaßes an nachfolgenden Arbeitssystemen. Nicht zuletzt ermöglicht es die Entkopplung von Bestandsgrenze und Abzinsungsfaktor, andere Auftragsfreigabeverfahren mit der BOA abzubilden. Dies wird im folgenden Abschnitt erläutert. 21.3.5 Abbildung anderer Fertigungssteuerungsverfahren über die Parameterfestlegung Die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe ist in der Lage, verschiedene Fertigungssteuerungsverfahren allein über die Wahl der Verfahrensparameter abzubilden. Dies ist insbesondere für die Entwicklung von PPS-Software hilfreich: Ist die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe in eine PPS-Software integriert, kann sie eine Fertigung gleichzeitig auch mit Workload Control, Conwip, der EngpassSteuerung oder mit einer Auftragsfreigabe nach Termin steuern. Wie die Verfahrensparameter festzulegen sind, um diese Fertigungssteuerungsverfahren abzubil-

21.3 Festlegung der Verfahrensparameter

389

den, wird im Folgenden erläutert. Tabelle 21.2 fasst die erforderlichen Parameterfestlegungen zusammen. Tabelle 21.2 Parameterfestlegung verschiedener Fertigungssteuerungsverfahren Fertigungssteuerungsverfahren

Belastungsorientierte Auftragsfreigabe Workload Control Conwip EngpassSteuerung Auftragsfreigabe nach Termin

Parameter Bestandsgrenzen [Std] oder [-]

Abzinsungsfaktoren [%]

Vorgriffshorizont [BKT]

*

*

*

*

100

*

∞, außer letztes AS ∞, außer Engpass-AS ∞

100

*

100

*

entfällt

0

* vom Anwender festzulegen

AS : Arbeitssystem

Workload Control

Die Workload Control-Steuerung (vgl. Kap. 20) ergibt sich aus der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe, indem alle Abzinsungsfaktoren auf 100% gesetzt werden. Dadurch wird eine Abzinsung vermieden, und die Aufträge werden mit der vollständigen Auftragszeit in die Bestandskonten der Arbeitssysteme eingebucht. Conwip

Die Conwip-Steuerung regelt den Bestand einer Fertigungslinie (vgl. Kap. 18). Nur das letzte Arbeitssystem der Fertigungslinie ist für die Auftragsfreigabe relevant. Entsprechend sind die Bestandsgrenzen der übrigen Arbeitssysteme auf einen unbegrenzt hohen Wert festzulegen, um die Conwip-Steuerung mit der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe abzubilden. Des Weiteren sind die Abzinsungsfaktoren der Arbeitssysteme auf 100% zu setzen, um eine Abzinsung zu vermeiden. Um das Originalverfahren abzubilden, ist der Bestand in der Einheit Anzahl Aufträge bzw. Teile zu messen. Ferner ist eine ereignisorientierte Auftragsfreigabe durchzuführen.5 Engpass-Steuerung

Die Engpass-Steuerung (vgl. Kap. 19) regelt den Bestand einer Fertigungslinie bis einschließlich zum Engpassarbeitssystem. Um die Engpass-Steuerung mit der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe abzubilden, sind die Bestandsgrenzen der übrigen Arbeitssysteme unbegrenzt hoch festzulegen. Wie bei der Abbildung der Conwip-Steuerung werden die Abzinsungsfaktoren der Arbeitssysteme auf 100% gesetzt. Es ist sinnvoll, die Engpass-Steuerung mit einer ereignisorientierten Auftragsfreigabe zu kombinieren. 5

Besteht kein eindeutiges Endarbeitssystem, sind weitere Anpassungen erforderlich.

390

21 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe

Auftragsfreigabe nach Termin

Die Auftragsfreigabe nach Termin gibt einen Auftrag frei, wenn dessen PlanStarttermin erreicht ist (vgl. Kap. 17). Die BOA führt diese Auftragsfreigabe aus, wenn die Bestandsgrenzen der Arbeitssysteme unendlich hoch festgelegt werden und der Vorgriffshorizont auf null gesetzt wird.

21.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Es wäre ungewöhnlich, die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe unternehmensübergreifend einzusetzen. Dies würde übereinstimmende Fertigungslosgrößen und allgemein sehr enge Lieferbeziehungen zwischen lieferndem und empfangendem Unternehmen voraussetzen. In der Praxis sind solche Konstellationen nur selten zu finden.

21.5 Anwendung Der Anwendungsbereich der BOA entspricht mit einem wichtigen Unterschied demjenigen der Workload Control (vgl. dazu die ausführlicheren Erläuterungen in Abschn. 20.5): Die BOA kann auch dann eingesetzt werden, wenn die Position der Arbeitssysteme im Auftragsdurchlauf deutlich variiert. Weil die BOA durch die Abzinsung der Auftragszeiten Bestandsschwankungen verursacht, bietet sich bei einer nahezu konstanten Position der Arbeitssysteme im Auftragsdurchlauf der Einsatz der Workload Control-Steuerung an. Die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe wurde bzw. wird in verschiedenen Industrieunternehmen eingesetzt. Bechte berichtet von erheblichen Bestands- und Durchlaufzeitreduzierungen, die mit dem Verfahren erzielt wurden [Bech-88]. Eine Reihe lesenswerter Anwendungsberichte findet sich in [Wien-91, z. B.: Holz91, Knec-91, Sohn-91, Stor-91]. Aktuell wird das Verfahren in einem Werk der Siemens AG mit Erfolg zur Steuerung der Fertigung elektronischer Komponenten eingesetzt. Darüber hinaus gibt es auch Unternehmen, die die Fertigungssteuerung mit der BOA wieder aufgegeben haben. Dafür gibt es zum einen verfahrensfremde Gründe, z. B. die Einführung eines neuen PPS-Systems, das die BOA nicht abbildet. Zum anderen wird die Einführung der BOA zum Teil auch mit einer übertriebenen Erwartungshaltung begleitet: Die BOA kann zwar Bestände und Durchlaufzeiten der Fertigung zuverlässig regeln. Sie kann jedoch Fehlentscheidungen in der Auftragsannahme bzw. Produktionsprogrammplanung nicht revidieren. Werden unrealistische Liefertermine zugesagt oder wird mehr Kapazität verplant als vorhanden sind, werden die Aufträge selbstverständlich auch bei Anwendung der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe verspätet fertig gestellt.

22 Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung

Die Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung wurde 1974 von Irastorza und Deane vorgestellt [Iras-74]. Sie ist damit eines der ältesten Freigabeverfahren überhaupt. Dennoch vereint sie nicht nur die wesentlichen Aspekte später entwickelter Verfahren, sondern enthält darüber hinaus weitergehende Elemente wie eine Gewichtung logistischer Zielkriterien. Gleichwohl findet das Verfahren in der Literatur zur Fertigungssteuerung recht wenig Beachtung. Dies dürfte darin begründet sein, dass Irastorza und Deane nur sehr wenig über das Verfahren publiziert haben. Des Weiteren erfordert das Verfahren ein Rechenmodul, das lineare Gleichungssysteme lösen kann. Diese Anforderung war für viele Produktionsunternehmen in den 70er Jahren noch eine beträchtliche Hürde. Im Folgenden werden zunächst die Verfahrensregeln beschrieben (Abschn. 21.1). Diese werden dann unter logistischen Aspekten diskutiert (Abschn. 22.2). Abschnitt 21.3 ist der Festlegung der Verfahrensparameter gewidmet. Die Anwendung des Verfahrens in der unternehmensübergreifenden Fertigungssteuerung wäre ungewöhnlich (Abschn. 22.4). Das Anwendungsgebiet des Verfahrens ist Gegenstand von Abschnitt 22.5.

22.1 Verfahrensbeschreibung Die Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung (ALP) gleicht in einigen Aspekten der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe oder der Workload ControlSteuerung (vgl. Bild 22.1 für eine Prinzipdarstellung): •

•

Eine Liste freizugebender Aufträge enthält alle bekannten, aber noch nicht freigegebenen Aufträge. Anders als bei den anderen genannten Verfahren wird die vorzeitige Freigabe von Aufträgen nicht durch einen Vorgriffshorizont eingeschränkt. Das Verfahren versucht, den Bestand der Arbeitssysteme möglichst nahe um einen Plan-Bestand zu regeln. Der Bestand wird einem Arbeitssystem von der Auftragsfreigabe bis zur Fertigstellung am Arbeitssystem zugerechnet. Dies entspricht der Bestandsdefinition der Workload Control-Steuerung.

392

22 Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung

IFA 10.797

Bild 22.1 Prinzip der Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung

In anderen Aspekten unterscheidet sich ALP erheblich von den übrigen Auftragsfreigabeverfahren. So setzt es Optimierungsverfahren ein, um zu bestimmen, welche Aufträge aus der Liste freizugebender Aufträge zurückgehalten bzw. freigegeben werden. Dazu werden eine Zielfunktion und Randbedingungen definiert. Zielfunktion

Irastorza und Deane definieren für jeden Auftrag in der Liste freizugebender Aufträge eine Entscheidungsvariable [Iras-74]. Der Wert der Entscheidungsvariablen eines Auftrags ist 1, falls der Auftrag freigeben wird; er ist 0, falls der Auftrag zurückgehalten wird: ⎧0 , falls Auftrag j nicht freigegeben wird Xj =⎨ ⎩1, falls Auftrag j freigegeben wird mit

Xj

(22.1)

Entscheidungsvariable [-]

Eine Freigabeentscheidung ist so durch die Festlegung der Entscheidungsvariablen der Aufträge in der Liste freizugebender Aufträge eindeutig definiert. Die Zielfunktion ist eine Funktion der Entscheidungsvariablen der Aufträge. Sie berechnet einen Zielwert, der umso größer ist,

• •

je größer die Abweichungen des Ist-Bestands vom Plan-Bestand an den Arbeitssystemen sind und je früher die Aufträge vor dem Plan-Fertigstellungstermin freigegeben werden.

Der Optimierungsalgorithmus legt die Entscheidungsvariablen so fest, dass der Zielwert minimal ist.

22.1 Verfahrensbeschreibung

393

Irastorza definiert die Zielfunktion wie folgt [Iras-74]:

Z=

AnzAS

∑ (G j =1

j , B < Bplan

AnzAuf

AnzAS

) ∑ (G

⋅ ∆B j , B < Bplan +

j =1

j , B > Bplan

) ∑ ( f (TAE

⋅ ∆B j , B > Bplan −

i =1

Plan , i

)⋅ X ) i

(22.2) mit

Z Gj,BBPlan TAEPlan,i Xi AnzAS AnzAuf

Zielwert [-] Gewichtungsfaktor Arbeitssystem j für die Bestandsdifferenz, falls Ist-Bestand < Plan-Bestand [-/Std] Bestandsdifferenz an Arbeitssystem j, falls Ist-Bestand < PlanBestand [Std] Gewichtungsfaktor Arbeitssystem j für die Bestandsdifferenz, falls Ist-Bestand > Plan-Bestand [-/Std] Bestandsdifferenz an Arbeitssystem j, falls Ist-Bestand > PlanBestand [Std] Plan-Bearbeitungsende Auftrag i [BKT] Entscheidungsvariable [-] Anzahl Arbeitssysteme [-] Anzahl Aufträge [-]

Die Bestandteile der Zielfunktion werden im Folgenden erläutert. Die ersten beiden Summenterme gewichten die Abweichung vom Plan-Bestand an den Arbeitssystemen. Dabei wird sowohl eine Überlast (Ist-Bestand größer als PlanBestand) als auch eine Unterlast (Ist-Bestand kleiner als Plan-Bestand) als Zielabweichung gewertet. Über die Gewichtungsfaktoren ist es möglich, Überlast und Unterlast in unterschiedlichem Maße zu sanktionieren. Je höher ein Gewichtungsfaktor ist, umso mehr Gewicht wird der Bestandsabweichung am Arbeitssystem beigemessen. Die Bestandsdifferenzen werden wie folgt berechnet:

− B j , Ist ⎧B ∆B j , B< Bplan = ⎨ j , Plan ⎩0 ⎧ B − B j , Plan ∆B j , B > Bplan = ⎨ j , Ist ⎩0 mit

∆Bj,BBPlan

falls B j,Plan > B j , Ist falls B j,Plan ≤ B j , Ist falls B j,Ist > B j , Plan falls B j,Ist ≤ B j , Plan

(22.3)

(22.4)

Bestandsdifferenz an Arbeitssystem j, falls Ist-Bestand < PlanBestand [Std] Plan-Bestand Arbeitssystem j [Std] Ist-Bestand Arbeitssystem j [Std] Bestandsdifferenz an Arbeitssystem j, falls Ist-Bestand > PlanBestand [Std]

Die Plan-Bestände sind ein zu definierender Verfahrensparameter. Die IstBestände eines Arbeitssystems berechnen sich als Summe der Auftragszeiten aller freigegebenen, aber noch nicht am Arbeitssystem fertig gestellten Aufträge. Dabei werden im Planungslauf freigegebene Aufträge bereits berücksichtigt. Die Festle-

394

22 Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung

gung der Entscheidungsvariablen wirkt sich daher auf die berechnete Bestandsdifferenz aus. Dies wird im später folgenden Beispiel verdeutlicht. Der letzte Summenterm in Gl. 22.4 ist ein Maß für die Dringlichkeit des Auftrags. Die Terminfunktion f(TAEPlan) sollte so definiert werden, dass die berechneten Termingewichte umso höher sind, je kleiner der Endtermin eines Auftrags ist. Irastorza und Deane überlassen es grundsätzlich dem Anwender, eine für den Anwendungsfall geeignete Funktion auszuwählen. Für ihre Simulationselemente verwenden sie die folgende Terminfunktion [Iras-74]:1

f (TAE Plan ) = mit

TAEPlan K TP0

K 0,1 + (TAE Plan − TP0 )

(22.5)

Plan-Bearbeitungsende Auftrag [BKT] Konstante [BKT] Planungszeitpunkt [BKT]

Randbedingungen

Irastorza und Deane definieren Randbedingungen, um den freizugebenden Arbeitsinhalt für die gesamte Fertigung bzw. für einzelne Arbeitssysteme zu regulieren. Falls möglich, legt der Optimierungsalgorithmus die Entscheidungsvariablen der Aufträge so fest, dass die Randbedingungen erfüllt werden. Irastorza und Deane schlagen die folgenden Randbedingungen vor [Iras-74]. Ober- und Untergrenze für den in die Fertigung freizugebenden Arbeitsinhalt: Der über alle Arbeitssysteme summierte freigegebene Arbeitsinhalt soll zwischen einer Unter- und einer Obergrenze liegen: AnzAuf

FAUG ≤

∑ i =1

mit

FAUG FAOG ZAUi,j Xi AnzAS AnzAuf

⎛ ⎛ AnzAS ⎞ ⎞ ⎜⎜ ZAU i , j ⎟⎟ ⋅ X i ⎟ ≤ ⎜ ⎜ ⎟ ⎠ ⎝ ⎝ j =1 ⎠

∑

FAOG

(22.6)

Untergrenze des freizugebenden Arbeitsinhalts [Std] Obergrenze des freizugebenden Arbeitsinhalts [Std] Auftragszeit von Auftrag i an Arbeitssystem j [Std] Entscheidungsvariable von Auftrag i [-] Anzahl Arbeitssysteme [-] Anzahl Aufträge [-]

Obergrenze für den freizugebenden Arbeitsinhalt für einzelne Arbeitssysteme: Der für ein spezifisches Arbeitssystem freizugebende Arbeitsinhalt soll eine Obergrenze nicht überschreiten: AnzAuf

∑ (ZAU ,

i j

i =1

1

)

⋅ X i ≤ FAOG , j

(22.7)

Irastorza und Deane messen die Zeit in der Einheit Stunden und nicht – wie hier angegeben – in Betriebskalendertagen.

22.1 Verfahrensbeschreibung

mit

ZAUi,j Xi FAOG,j AnzAuf

395

Auftragszeit von Auftrag i an Arbeitssystem j [Std] Entscheidungsvariable von Auftrag i [-] Obergrenze des freizugebenden Arbeitsinhalts für Arbeitssystem j [Std] Anzahl Aufträge [-]

Die Verfahrensregeln werden am Beispiel einer Fertigung mit drei Arbeitssystemen erläutert (Bild 22.2). Die Liste freizugebender Aufträge enthält vier Aufträge (Nr. 5-8). Für jeden Auftrag ist zum einen die Auftragszeit an den Arbeitssystemen angegeben, zum anderen der Wert der Entscheidungsvariablen.

IFA 10.792A

Bild 22.2 Funktionsweise der Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung (1)

396

22 Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung

10.792B

Bild 22.2 Funktionsweise der Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung (2)

Für jedes Arbeitssystem sind der Plan-Bestand und das Bestandskonto dargestellt. Dieses enthält alle freigegebenen Aufträge, die sich entweder am Arbeitssystem selbst oder an vorgelagerten Arbeitssystemen befinden. Die Berechnung der Zielfunktion und der Randbedingungen ist, von einem Kasten umrahmt, in verschiedenen Tabellen dargestellt. Das Gleichungssystem (Zielfunktion und Randbedingungen) wird zur Entscheidung über die Auftragsfreigabe in eine ORSoftware programmiert, die lineare Gleichungssysteme bzw. binäre ganzzahlige Optimierungsprobleme lösen kann. Die Berechnungsgrundlagen werden in verständlicher Form z. B. von Hillier und Lieberman dargestellt [Hill-90]. Für das

22.2 Diskussion der Verfahrensregeln

397

(vereinfachende) Beispiel wurde die Optimierungsfunktion von Microsoft-Excel genutzt. Das Programm berechnet die Kombination von Entscheidungsvariablen, für die die Zielfunktion, unter Beachtung der Randbedingungen, (nahezu) minimal wird. Das Ergebnis der Optimierungsrechnung ist in Bild 22.2 b dargestellt. Freigegeben werden die Aufträge 5 und 7 (Entscheidungsvariable X=1). Bis zur nächsten Freigabeentscheidung zurückgestellt werden die Aufträge 6 und 8 (Entscheidungsvariable X=0). Bei dieser Freigabeentscheidung wird der Plan-Bestand an Arbeitssystem 1 leicht unterschritten, an Arbeitssystem 2 genau erreicht und an Arbeitssystem 3 um drei Stunden überschritten (Tabelle b). Die Termingewichte addieren sich für die freizugebenden Aufträge auf einen Wert von 4,9 (Tabelle c). Insgesamt ergibt sich für die Zielfunktion ein Zielwert von -0,9 (Tabelle d). Die Randbedingungen werden eingehalten (Tabelle e). Es werden insgesamt 22 Stunden Arbeit freigegeben. Die Obergrenze für Arbeitssystem 3 wird nicht überschritten. Jede andere Freigabeentscheidung würde den Zielwert erhöhen oder eine Randbedingung verletzen. Nach der Freigabeentscheidung werden die Aufträge freigegeben (Schritt a für Auftrag 4 in Bild 22.2 c), in die Bestandskonten der Arbeitssysteme eingebucht (Schritte b und c) sowie aus der Liste freizugebender Aufträge gestrichen (Schritt d). Die Schritte e bis i beschreiben das gleiche Vorgehen für Auftrag 7. In der Liste freizugebender Aufträge verbleiben die zurückgestellten Aufträge 6 und 8.

22.2 Diskussion der Verfahrensregeln Zwei Merkmale kennzeichnen die Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung: • •

der mit einem Optimierungsalgorithmus durchgeführte Belastungsabgleich die Vielzahl der Verfahrensparameter

Letzteres erschwert einerseits die Beurteilung des Verfahrens. Die Eignung der Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung ist noch enger als bei anderen Verfahren mit der Wahl der Verfahrensparameter verknüpft. Andererseits ermöglicht es gerade die Parametervielfalt, das Verfahren an unterschiedliche Fertigungsumgebungen anzupassen. Die Verfahrensregeln der Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung werden nachfolgend anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert. 1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. ALP bietet zwei verschiedene Möglichkeiten, den Bestand der Fertigung bzw. von Arbeitssystemen zu regeln. Zum einen werden über die Zielfunktion PlanBestände für die einzelnen Arbeitssysteme vorgegeben. Bestandsabweichungen erhöhen den Funktionswert der Zielfunktion und werden vom Optimierungsalgorithmus weitestgehend reduziert. Die Vermeidung der Bestandsabweichungen steht allerdings in Konkurrenz zur Freigabe von Aufträgen mit hohen Terminge-

398

22 Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung

wichten. Gerät die Fertigung insgesamt in Rückstand, erhalten die Aufträge höhere Termingewichte. Entsprechend werden mehr Aufträge freigegeben und der Bestand in der Fertigung erhöht sich. Die zweite Möglichkeit, den Bestand zu regeln, eröffnen die Randbedingungen mit den Ober- und Untergrenzen für den freizugebenden Arbeitsinhalt. Dazu ist es allerdings erforderlich, den aktuellen Fertigungsbestand sowie den Plan-Bestand bei der Festlegung der Ober- und Untergrenzen für den freizugebenden Arbeitsinhalt zu berücksichtigen. 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Je länger die Durchlaufzeit der Aufträge von der Auftragsfreigabe bis zum Eintreffen am Arbeitssystem im Verhältnis zur Durchlaufzeit ist, desto größer ist der Anteil der Aufträge im Bestandskonto eines Arbeitssystems, die sich noch an vorgelagerten Arbeitssystemen befinden. Entsprechend wird der Plan-Bestand des Arbeitssystems den gewünschten Direktbestand in der Regel deutlich überschreiten. Dadurch entsteht ein Spielraum für Schwankungen des Direktbestands, der umso größer ist, je weiter das Arbeitssystem von der Auftragsfreigabe entfernt ist. Wie die Workload Control-Steuerung eignet sich die ALP vornehmlich für Materialflüsse, in denen die Position der Arbeitssysteme im Materialfluss weitgehend konstant ist (vgl. dazu die Erläuterung in Abschnitt 20.2). 3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. ALP blockiert Aufträge bei der Auftragsfreigabe. Im Unterschied zu einer Auftragsfreigabe nach Termin kann das Verfahren auch Aufträge blockieren, deren Plan-Starttermin schon überschritten ist. Dafür gibt es ggf. Aufträge vorzeitig frei, wenn dadurch die Auslastung der Arbeitssysteme gesichert werden kann. Während des Durchlaufs der Aufträge durch die Fertigung verursacht ALP keine blockierten Bestände. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Der zeitliche Belastungsabgleich ist das Hauptmerkmal der Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung. Im Unterschied zu den übrigen beschriebenen Verfahren mit Belastungsabgleich wägt ALP die Unterlastung von Arbeitssystemen gegen ihre Überlastung ab. Zudem ist der verwendete Optimierungsalgorithmus vermutlich effektiver als die einfachen Heuristiken von Workload Control oder der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe. Damit ist jedoch nicht gewährleistet, dass ALP eine optimale Auftragsfreigabe durchführt. Wie die Workload Control-Steuerung basiert das Verfahren auf der Annahme, dass der Bestand zwischen Auftragsfreigabe und Fertigstellung am Arbeitssystem ein Maß für den Schutz eines Arbeitssystems vor Materialflussabrissen ist. Anders als etwa die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe berücksichtigt ALP nicht die Position des Bestands. Damit hängt die Wirksamkeit des Belastungsabgleichs von der Zuverlässigkeit ab, mit der die Verteilung des Bestands auf die Arbeitssysteme vorhergesagt werden kann (vgl. dazu die Ausführungen zur Belastungsorientierten Auftragsfreigabe).

22.2 Diskussion der Verfahrensregeln

399

5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Die Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung verursacht Reihenfolgevertauschungen bei der Freigabe der Aufträge. Das Verfahren sollte daher mit einer Reihenfolgeregel kombiniert werden, die die Plan-Endtermine der Aufträge berücksichtigt. Dadurch können die negativen Auswirkungen der Reihenfolgevertauschungen auf die Termintreue (mindestens teilweise) wieder ausgeglichen werden. Nach der Auftragsfreigabe verursacht das Verfahren dagegen keine Reihenfolgevertauschungen mehr. 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Plan-Abweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Es ist Aufgabe der Fertigungssteuerung, einen drohenden Rückstand zu verhindern und einen entstandenen Rückstand abzubauen. Dazu ist die Kapazität kurzfristig zu erhöhen. Die Verfahrenregeln der Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung lassen eine Rückstandsregelung unberücksichtigt. Das Verfahren ist daher um eine Rückstandsregelung zu ergänzen, um eine hohe Termintreue auch bei Planabweichungen gewährleisten zu können. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Das Verfahren setzt die Engpassorientierung mindestens nicht zwangsläufig so konsequent um, wie etwa Workload Control oder die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe. Selbst bei überschrittener Bestandsgrenze am Engpassarbeitssystem gibt das Verfahren weitere Aufträge für das Engpassarbeitssystem frei, wenn dadurch die Unterlast anderer Arbeitssysteme verringert werden kann. Da der Engpass einer Fertigung ihre Leistung bestimmt, führt dies tendenziell zu einem Bestandsaufbau, ohne dass dadurch die Leistung der Fertigung insgesamt erhöht würde. Dies gilt mindestens bei einem eindeutig definierten Engpass. Es ist allerdings möglich, über eine geeignete Definition der Obergrenze für den freizugebenden Arbeitsinhalt für das Engpassarbeitssystem, die Fertigungssteuerung konsequenter auf den Engpass auszurichten. 8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Die Komplexität der Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung ist vermutlich ihre größte Schwäche. Das Verfahren setzt nicht nur die Rückmeldung einzelner Arbeitsvorgänge voraus. Es erfordert zusätzlich die Festlegung zahlreicher Verfahrensparameter. Letzteres ist ohne einen erfahrenen Fertigungssteuerer, der mit der Funktionsweise der ALP vertraut ist, kaum erfolgreich zu bewältigen. Zudem enthalten die wenigsten PPS-Systeme die erforderlichen Optimierungsverfahren, um das Verfahren ausführen zu können.

400

22 Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung

22.3 Festlegung der Verfahrensparameter Die Festlegung der Verfahrensparameter der Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung bestimmt sowohl den Charakter als auch die Eignung des Verfahrens. Die folgenden Abschnitte stellen dar, wie die Verfahrensparameter der Zielfunktion und der Randbedingungen festgelegt werden können. Wo möglich, wird dabei auf das entsprechende Vorgehen bei anderen Fertigungssteuerungsverfahren verwiesen. Es werden die folgenden Verfahrensparameter erläutert: • • • • •

Plan-Bestände der Arbeitssysteme (Abschn. 22.3.1) Gewichtungsfaktoren für Unterlast und Überlast (Abschn. 22.3.2) Definition der Terminfunktion (Abschn. 22.3.3) Ober- und Untergrenzen für den freizugebenden Arbeitsinhalt für die Fertigung (Abschn. 22.3.4) Obergrenze für den freizugebenden Arbeitsinhalt für einzelne Arbeitssysteme (Abschn. 22.3.5)

22.3.1 Plan-Bestände der Arbeitssysteme

Der (Buchungs-)Bestand eines Arbeitssystems enthält nach der Definition der Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung den Arbeitsinhalt aller freigegebenen Aufträge, die noch nicht am Arbeitssystem fertig gestellt wurden. Er umfasst damit sowohl den Direktbestand am Arbeitssystem selbst als auch den indirekten Bestand von Aufträgen an vorgelagerten Arbeitssystemen. Diese Bestandsdefinition entspricht exakt derjenigen der Workload Control-Steuerung. Der Plan-Bestand kann damit mit dem gleichen Vorgehen festgelegt werden wie die Bestandsgrenzen der Arbeitssysteme bei der Workload Control-Steuerung (vgl. dazu Abschnitt 20.3). 22.3.2 Gewichtungsfaktoren für Unterlast und Überlast

Die Gewichtungsfaktoren für Über- und Unterlast bestimmen das Gewicht, mit dem Abweichungen vom Plan-Bestand in der Zielfunktion bewertet werden. Ihre Festlegung kann nicht direkt aus den logistischen Zielgrößen abgeleitet werden. Es ist jedoch möglich, allgemeine Grundsätze zu formulieren: • •

•

Die Gewichtungsfaktoren an kapazitätskritischen Arbeitssystemen sollten vergleichsweise hoch gewählt werden. Die Gewichtungsfaktoren für Unterlast an nicht kapazitätskritischen Arbeitssystemen sollten niedrig festgelegt werden. Dadurch wird verhindert, dass eine Unterlast an diesen Arbeitssystemen die Freigabe von Aufträgen auslöst, die kapazitätskritische Arbeitssysteme belasten. Bei einer periodischen Auftragsfreigabe sollte eine Überlast nicht hoch gewichtet werden, wenn das Arbeitssystem über ausreichende Kapazitäten verfügt, um den Bestand in der Freigabeperiode abzubauen.

22.3 Festlegung der Verfahrensparameter

•

401

Die Gewichtungsfaktoren für Überlast und Unterlast sind mit der Terminfunktion abzustimmen, um eine unerwünschte Dominanz eines der Zielkriterien zu vermeiden.

22.3.3 Definition der Terminfunktion

Die Definition der Terminfunktion ist für die Wirksamkeit der Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung sehr wichtig. Das Verfahren wägt bei der Auftragsfreigabe zwischen der Güte des Belastungsabgleichs und der Termintreue ab. Eine ungeeignete Festlegung der Termingewichte gefährdet daher die Termintreue der Fertigung. Irastorza und Deane stellen es dem Anwender der ALP frei, eine für seine Bedürfnisse geeignete Terminfunktion zu finden. Für ihre Simulationsversuche verwenden sie eine recht einfache Terminfunktion (Gl. 22.5). Diese eignet sich aus mehreren Gründen nicht für die meisten Anwendungen in der Industrie. Zum einen setzt sie implizit konstante Plan-Durchlaufzeiten voraus, da sie Aufträgen mit gleichen Plan-Fertigstellungsterminen gleiche Termingewichte zuordnet. Unterscheiden sich die Plan-Durchlaufzeiten von zwei Aufträgen mit gleichem Plan-Fertigstellungstermin, ist es jedoch sinnvoll, dem Auftrag mit der längeren Plan-Durchlaufzeit ein höheres Termingewicht zuzuordnen. Zum anderen kann das Termingewicht bei überschrittenem Plan-Fertigstellungstermin negative Werte annehmen. Der Optimierungsalgorithmus erhielte dadurch einen Anreiz, derartige Aufträge zurückzuhalten. Dies ist offensichtlich nicht sinnvoll. Es wird daher für die meisten praktischen Anwendungen eine geeignetere Terminfunktion benötigt. Diese soll die folgenden Eigenschaften besitzen: • • •

Aufträge mit gleichem Plan-Starttermin sollen gleiche Termingewichte erhalten.2 Aufträge mit deutlich überschrittenem Plan-Starttermin sollen ein deutlich höheres Termingewicht erhalten als die übrigen Aufträge. Aufträge mit noch nicht erreichtem Plan-Starttermin sollen ein negatives Termingewicht erhalten.

Bild 22.3 zeigt einen Vorschlag für eine Funktion, die diese Anforderungen erfüllt. Es können vier Bereiche unterschieden werden: Bereich 1: Planungszeitpunkt < Plan-Starttermin - Vorgriffshorizont

Dieser Bereich enthält alle Aufträge, die außerhalb des Vorgriffshorizonts liegen. Sie erhalten ein deutlich negatives Termingewicht. Sie werden daher nur freigegeben, wenn dadurch die Belastung der Fertigung in besonderem Maße ausgeglichen wird oder die Randbedingungen sonst nicht eingehalten werden können.

2

Alternativ kann auch der Schlupf eines Auftrags als Kriterium für die Zuteilung des Termingewichts verwendet werden.

402

22 Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung

Bereich 2: Plan-Starttermin - Vorgriffshorizont ≤ Planungszeitpunkt < Plan-Starttermin - Freigabetoleranz

Die Aufträge in diesem Bereich erhalten ein leicht negatives Termingewicht. Sie können freigegeben werden, wenn dadurch die Belastung der Fertigung ausgeglichen wird. Die Steigung der Terminfunktion in diesem Bereich ist eher gering.

IFA 10.916

Bild 22.3 Verlauf und Parameter einer Terminfunktion

Bereich 3: Plan-Starttermin - Freigabetoleranz ≤ Planungszeitpunkt ≤ Plan-Starttermin + Freigabetoleranz

Die Aufträge in diesem Bereich erhalten ein hohes Termingewicht. Es ist der Bereich, in dem die Aufträge planmäßig freigegeben werden sollten. Er wird durch die Freigabetoleranz definiert. Vorhandene Abweichungen vom Plan-Starttermin können relativ problemlos beim Durchlauf der Aufträge durch die Fertigung ausgeglichen werden. Bereich 4: Plan-Starttermin + Freigabetoleranz < Planungszeitpunkt

Aufträge in diesem Bereich haben bereits einen deutlichen Terminverzug. Die Aufträge erhalten daher ein sehr hohes Termingewicht. Die Terminfunktion kann mathematisch wie folgt beschrieben werden:

22.3 Festlegung der Verfahrensparameter

⎧(TP0 ⎪ ⎪⎪(TP0 f (TStart ) = ⎨ ⎪(TP0 ⎪ ⎪⎩(TP0

− TStart + VH ) ⋅ S 1 + TG1 − TG1 − TStart + FT ) ⋅ VH − FT TG 3 − TG 2 − TStart + FT ) ⋅ + TG2 2 ⋅ FT − TStart − FT ) ⋅ S 4 + TG 4

403

für TP0 < TStart − VH für TStart − VH ≤ TP0 < TStart − FT für TStart − FT ≤ TP0 ≤ TStart + FT für TStart + FT < TP0

(22.8) mit

f(TStart) TP0 TStart VH FT S1 S4 TG1 TG2 TG3 TG4

Terminfunktion Planungszeitpunkt [BKT] Plan-Starttermin [BKT] Vorgriffshorizont [BKT] Freigabetoleranz [BKT] Steigung der Terminfunktion in Bereich 1 [-/BKT] Steigung der Terminfunktion in Bereich 4 [-/BKT] Termingewicht für TP0= TStart - VH [-] Termingewicht für T0= TStart - FT [-] Termingewicht für T0= TStart + FT [-] Termingewicht am unteren Rand von Bereich 4 [-]

Die Funktion kann am einfachsten im praktischen Test konfiguriert werden. Für verschiedene Bestandssituationen und verschiedene Zusammensetzungen der Liste freizugebender Aufträge sollte überprüft werden, ob das Verfahren sinnvolle Freigabeentscheidungen trifft. 22.3.4 Ober- und Untergrenzen für den freizugebenden Arbeitsinhalt für die Fertigung

Die Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung erlaubt es, eine Ober- und eine Untergrenze für den freizugebenden Arbeitsinhalt für die Fertigung festzulegen (Gl. 22.6). Es ist möglich, über die Ober- und Untergrenzen des freizugebenden Arbeitsinhalts eine Bestandsregelung durchzuführen. Dazu ist der freizugebende Arbeitsinhalt in Abhängigkeit vom Plan-Bestand und vom Ist-Bestand der Fertigung festzulegen:

mit

FAOG = Bges , Plan − Bges , Ist + BT

(22.9)

FAUG = Bges , Plan − Bges , Ist − BT

(22.10)

FAOG FAUG Bges,Plan Bges,Ist BT

Obergrenze des freizugebenden Arbeitsinhalts [Std] Untergrenze des freizugebenden Arbeitsinhalts [Std] Plan-Gesamtbestand der Fertigung [Std] Ist-Gesamtbestand der Fertigung [Std] Bestandstoleranz [Std]

404

22 Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung

Der Plan-Bestand kann auf Basis einer logistischen Positionierung der Arbeitssysteme der Fertigung in fünf Schritten bestimmt werden. Im ersten Schritt werden die Produktionskennlinien der Arbeitssysteme der Fertigung berechnet. Die dazu erforderlichen Berechnungsgrundlagen sind in Abschnitt 3.2.2.3 erläutert. Im zweiten Schritt werden in einer logistischen Positionierung die Plan-Bestände der Arbeitssysteme festgelegt (vgl. Abschnitt 3.2.2.3). Um den Gesamtbestand der Fertigung zu bestimmen, werden die Plan-Bestände zunächst in die Einheit Anzahl Aufträge umgerechnet (3. Schritt). Es gilt (vgl. Gl. 18.4 sowie [Nyhu-02]): BAPlan = mit

BPlan A ⋅ ZAU v2 − m ZAU m 100

BAPlan BPlan ZAUm Am ZAUv

(22.11)

Plan-Bestand (in Anzahl Aufträgen) [-] Plan-Bestand (in Vorgabestunden) [Std] mittlere Auftragszeit [Std] mittlere bestandsbedingte Auslastung [%] Variationskoeffizient der Auftragszeit [-]

Die Plan-Bestände der einzelnen Arbeitssysteme können dann zum PlanBestand der Fertigung aufaddiert werden (4. Schritt): BAPlan, ges =

AnzAS

∑ BA

(22.12)

Plan , j

j =1

mit

BAPlan,ges BAPlan,j AnzAS

Plan-Bestand der Fertigung (in Anzahl Aufträgen) [-] Plan-Bestand Arbeitssystem j (in Anzahl Aufträgen) [-] Anzahl Arbeitssysteme [-]

Im letzten Schritt wird der Plan-Bestand wieder in die Einheit Vorgabestunden umgerechnet. Dafür ist für eine repräsentative Menge von Aufträgen die PlanDurchlaufzeit zu bestimmen (vgl. dazu Abschnitt 20.3). Es gilt: AnzAuf

BPlan , ges = BAPlan , ges ⋅

∑ i =1

AnzAS ⎛ ⎞ ⎜ ZDL ⎟ ZAU ⋅ i Plan i j , , ⎜ ⎟ j =1 ⎝ ⎠

∑

AnzAuf

(22.13)

∑ ZDL

i , Plan

i =1

mit

BPlan,ges BAPlan,ges ZDLi,Plan ZAUi,j AnzAuf AnzAS

Plan-Bestand der Fertigung [Std] Plan-Bestand der Fertigung (in Anzahl Aufträgen) [-] Plan-Durchlaufzeit Auftrag i [BKT] Auftragszeit von Auftrag i an Arbeitssystem j [Std] Anzahl Aufträge [-] Anzahl Arbeitssysteme [-]

Bei einer periodischen Auftragsfreigabe ist der Plan-Bestand ggf. um den PlanAbgang während der Freigabeperiode zu erhöhen (vgl. Abschnitt 20.3).

22.3 Festlegung der Verfahrensparameter

405

Die Bestandstoleranz bestimmt die zulässige Abweichung vom Plan-Bestand. Wird die Bestandstoleranz sehr eng gewählt, ist es ggf. nicht möglich, eine zulässige Freigabeentscheidung zu treffen. In jedem Fall würde der Spielraum für die Freigabeentscheidung unnötig eingeschränkt. Als Anhaltswert kann die Bestandstoleranz nach folgender Formel bestimmt werden: BT = ZAU ges ,m + 3 ⋅ ZAU ges ,s mit

BT ZAUges,m ZAUges,s

(22.14)

Bestandstoleranz [Std] mittlere Gesamtauftragszeit [Std] Standardabweichung der Gesamtauftragszeit [Std]

Die aus der Bestandstoleranz resultierende Durchlaufzeitabweichung kann wie folgt abgeschätzt werden: ∆ZDL ≤ mit

BT Lm

∆ZDL BT Lm

(22.15) Durchlaufzeitabweichung [BKT] Bestandstoleranz [Std] mittlere Leistung der Fertigung [Std/BKT]

22.3.5 Obergrenze für den freizugebenden Arbeitsinhalt für einzelne Arbeitssysteme

Die Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung erlaubt es, eine Obergrenze für den freizugebenden Arbeitsinhalt für die einzelnen Arbeitssysteme festzulegen (Gl. 22.7). Wird diese Obergrenze mit dem Ist-Bestand der Arbeitssysteme verknüpft, kann dadurch eine Bestandsregelung erreicht werden. Für die Obergrenze des freizugebenden Arbeitsinhalts gilt dann: FAOG , j = BPlan , j − BIst , j mit

FAOG,j BPlan,j BIst,j

(22.16)

Obergrenze für den freizugebenden Arbeitsinhalt für Arbeitssystem j [Std] Plan-Bestand von Arbeitssystem j [Std] Ist-Bestand von Arbeitssystem j [Std]

Bei einer periodischen Auftragsfreigabe ist dieser Wert um den Plan-Abgang während der nächsten Freigabeperiode zu erhöhen. Es ist ferner darauf zu achten, dass die Auftragszeit eines einzelnen Auftrags nie höher ist als der Plan-Bestand eines Arbeitssystems, um eine vollständige Blockade derartiger Aufträge zu vermeiden. Die Festlegung der Plan-Bestände wird in Abschnitt 20.3 für die Workload Control-Steuerung erläutert.

406

22 Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung

22.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Es wäre ungewöhnlich, die Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung unternehmensübergreifend einzusetzen. Dies würde übereinstimmende Fertigungslosgrößen und allgemein sehr enge Lieferbeziehungen zwischen lieferndem und empfangendem Unternehmen voraussetzen. In der Praxis sind solche Konfigurationen nur selten zu finden.

22.5 Anwendung Für das Anwendungsgebiet der ALP gelten grundsätzlich die gleichen Aussagen wie für die Workload Control-Steuerung (vgl. dazu ausführlicher Abschn. 20.5): • • • •

Die gleichmäßige Auslastung der Arbeitssysteme sollte eine wichtige Zielsetzung sein und wird nicht bereits durch die Terminierung der Aufträge gewährleistet. Das Unternehmen akzeptiert eine erhöhte Termintoleranz oder kann die Reihenfolgevertauschungen im Auftragszugang beim Auftragsdurchlauf ausgleichen. Die Position der Arbeitssysteme im Auftragsdurchlauf sollte möglichst konstant sein. Das Unternehmen meldet die Fertigstellung von Arbeitsvorgängen zurück.

Im Unterschied zur Workload Control-Steuerung kann der Belastungsabgleich nicht nur über unterschiedliche Auftragsdurchläufe erreicht werden, sondern zusätzlich auch über Unterschiede in den Auftragszeiten. ALP stellt damit geringere Anforderungen an die Materialflusskomplexität der Fertigung. Dafür setzt das Verfahren jedoch eine höhere Sachkenntnis bei der Festlegung der zahlreichen Verfahrensparameter voraus. Zudem ist es alles andere als einfach, die Freigabeentscheidung des Verfahrens vorherzusagen. Damit kann die Wirkung des Verfahrens schwieriger abgeschätzt werden als die der Workload Control-Steuerung. Es liegen keine Informationen über eine Anwendung des Verfahrens vor.

23 Polca-Steuerung

Die Polca-Steuerung wurde von Suri in den 90er Jahren entwickelt und als Alternative zur Fertigungssteuerung mit dem MRP II-Konzept und zur KanbanSteuerung positioniert [Suri-98]. Das Verfahren ist Bestandteil des umfassenderen Quick Response-Konzepts. Dieses zielt insbesondere auf eine Organisation der Fertigung in Fertigungsinseln ab. Die Fertigungsinseln operieren dabei im Idealfall, aber nicht zwangsläufig, nach dem One-piece-flow-Prinzip. Polca steht für Paired-Cell Overlapping Loops of Cards with Authorization. Die Abkürzung bezeichnet damit die dezentralen Bestandsregelkreise zwischen den Fertigungsinseln einer Fertigung. Zur Bestandsregelung werden jedem Paar von Fertigungsinseln Polca-Karten zugeordnet, die zwischen den Fertigungsinseln rotieren und die Bearbeitung von Aufträgen autorisieren. Zusätzlich implementiert Polca eine Auftragsfreigabe nach Termin: Eine Fertigungsinsel darf einen Auftrag nur dann bearbeiten, wenn der zugeordnete Freigabezeitpunkt überschritten ist. Der ausdrückliche Bezug der Polca-Steuerung auf eine in Fertigungsinseln organisierte Fertigung erschwert zunächst den Vergleich mit anderen Steuerungsverfahren. Es ist jedoch zum einen möglich, die Polca-Steuerung auch in konventionellen Fertigungsumgebungen anzuwenden. Sie regelt dann den Materialfluss zwischen Paaren von Arbeitssystemen. Zum anderen können andere Fertigungssteuerungsverfahren problemlos auch auf Fertigungen übertragen werden, in denen mehrere Arbeitssysteme zu Fertigungsinseln zusammengefasst sind. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich daher mehr auf den Verfahrensalgorithmus als auf die Organisationsform der Fertigung. Abschnitt 23.1 beschreibt die Verfahrensregeln der Polca-Steuerung und erläutert sie anhand eines Beispiels. Die Verfahrensregeln werden anschließend anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert (Abschn. 23.2). Wie die Verfahrensparameter der Polca-Steuerung festgelegt werden können, ist Gegenstand von Abschnitt 23.3. Die unternehmensübergreifende Anwendung der Polca-Steuerung wäre ungewöhnlich (Abschn. 23.4). Über Anwendungserfahrungen mit der Polca-Steuerung berichtet Abschnitt 23.5.

23.1 Verfahrensbeschreibung Bild 23.1 zeigt das Prinzip der Polca-Steuerung. Es beruht zum einen auf einer dezentralen Bestandsregelung, die den Materialfluss zwischen den Fertigungsinseln regelt; in den Fertigungsinseln kann grundsätzlich ein beliebiges (anderes) geeig-

408

23 Polca

netes Fertigungssteuerungsverfahren eingesetzt werden [Suri-98]. Zusätzlich setzt die Polca-Steuerung auf eine Terminierung der Aufträge, die von einem übergeordneten PPS-System durchgeführt wird.

IFA 10.802

Bild 23.1 Prinzip der Polca-Steuerung

Die Umsetzung der Polca-Steuerung beruht auf drei Elementen: • •

Liste dringender Aufträge: Die Liste dringender Aufträge enthält alle Aufträge, die freigegeben werden können. Sie wird von einem übergeordneten PPSSystem erzeugt, z. B. durch eine Rückwärtsterminierung. Polca-Karten: Eine Polca-Karte (Bild 23.2) ist immer einem bestimmten Paar von Fertigungsinseln zugeordnet. Sie enthält die Abkürzungen der Fertigungsinseln sowie ihre Bezeichnungen. Die Polca-Karten für ein Paar von Fertigungsinseln sind nummeriert. Dies erleichtert es, die Anzahl der PolcaKarten zu steuern. Die Polca-Karten autorisieren die Bearbeitung eines Auftrags an der Ursprungsfertigungsinsel (im Beispiel von Bild 23.2: P1), die für eine bestimmte Zielfertigungsinsel bestimmt ist (F2 in Bild 23.2).

IFA G8931

Bild 23.2 Beispiel für eine Polca-Karte (Suri)

23.1 Verfahrensbeschreibung

•

409

Freigabezeitpunkt: Für jeden Auftrag wird für jede durchlaufene Fertigungsinsel von einem übergeordneten PPS-System ein Freigabezeitpunkt bestimmt. Damit eine Fertigungsinsel einen Auftrag bearbeiten darf, muss der Freigabezeitpunkt erreicht bzw. überschritten sein. Die Freigabezeitpunkte werden ausgehend vom Plan-Endtermin mit Hilfe einer Rückwärtsterminierung berechnet. Berechnungsgrundlage sind die Plan-Durchlaufzeiten der Fertigungsinseln. Die Berechnung unterscheidet sich nicht von herkömmlichen PPSSystemen [Suri-98] (vgl. auch Abschn. 23.3).

Auf Grundlage dieser Elemente lässt sich die Polca-Steuerung in wenigen Regeln zusammenfassen: Regel 1: Eine Ursprungsfertigungsinsel darf einen Auftrag nur bearbeiten, wenn der Freigabezeitpunkt des Auftrags erreicht ist und eine freie Polca-Karte verfügbar ist, die der Ursprungsfertigungsinsel und der Zielfertigungsinsel zugeordnet ist. Ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, ist der Auftrag blockiert. (Ausnahmen sind die erste und die letzte Fertigungsinsel im Materialfluss: Die erste Fertigungsinsel verwendet den Plan-Starttermin des Auftrags als Freigabezeitpunkt; die letzte Fertigungsinsel benötigt keine Polca-Karte, um mit der Bearbeitung eines Auftrags zu beginnen.1) Regel 2: Ist ein Auftrag blockiert, überprüft die Fertigungsinsel, ob für andere Aufträge im Bestand die Freigabebedingungen erfüllt sind. Regel 3: Mit dem Bearbeitungsbeginn an der Ursprungsfertigungsinsel wird eine Polca-Karte einem Auftrag fest zugeordnet. Sie verbleibt beim Auftrag bis zum Bearbeitungsende an der Zielfertigungsinsel. Nach dem Bearbeitungsende an der Zielfertigungsinsel wird die Polca-Karte wieder frei und kann die Bearbeitung eines weiteren Auftrags an der Ursprungsfertigungsinsel autorisieren. Die Verfahrensregeln der Polca-Steuerung werden nachfolgend an einem Beispiel erläutert (Bild 23.3). Betrachtet wird eine Fertigung mit fünf Fertigungsinseln. Die Aufträge durchlaufen drei Fertigungsinseln: Sie werden zunächst alternativ an den Fertigungsinseln 1 oder 2 bearbeitet, dann entweder an Fertigungsinsel 3 oder an Fertigungsinsel 4. Alle Aufträge durchlaufen abschließend Fertigungsinsel 5. Mit Ausnahme von Fertigungsinsel 5 ist jeder Fertigungsinsel eine PolcaTafel zugeordnet, in die freie Polca-Karten abgelegt werden können. Fertigungsinsel 5 darf alle Aufträge bearbeiten, deren Freigabezeitpunkt erreicht bzw. überschritten ist. Die Freigabezeitpunkte der Aufträge sind jeweils oberhalb der Aufträge angegeben, der aktuelle Betriebskalendertag in der rechten unteren Ecke eines Bildausschnitts. Die Liste dringender Aufträge ist aufgeteilt nach der Fertigungsinsel, an der Aufträge als erstes bearbeitet werden. Sie enthält neben der Auftragsnummer und dem Plan-Starttermin der Aufträge die Reihenfolge des Fertigungsdurchlaufs. Jedem möglichen Paar von Fertigungsinseln sind zwei Polca-Karten zugeordnet.

1

Die Polca-Karte aus dem Regelkreis mit der vorhergehenden Fertigungsinsel durchläuft zwar die letzte Fertigungsinsel. Sie ist jedoch zwangsläufig vorhanden, da sie die Bearbeitung an der vorhergehenden Fertigungsinsel autorisiert hat.

410

23 Polca

IFA 10.798A

Bild 23.3 Funktionsweise der Polca-Steuerung (1)

In der Ausgangssituation (Bild 23.3 a) hat Fertigungsinsel 1 gerade die Bearbeitung eines Auftrags abgeschlossen. Es liegen zwei frei Polca-Karten am Arbeitssystem. An erster Stelle der Auftragsliste steht Auftrag 7, der nach Fertigungsinsel 1 in Fertigungsinsel 3 bearbeitet wird.

23.1 Verfahrensbeschreibung

411

IFA 10.798B

Bild 23.4 Funktionsweise der Polca-Steuerung (2)

Eine entsprechende Polca-Karte ist vorhanden, so dass der Auftrag freigegeben wird (Schritt a in Bild 23.3 b). Fertigungsinsel 1 beginnt mit der Bearbeitung und ordnet die Polca-Karte Auftrag 7 zu (Schritt b). Der Auftrag wird aus der Auftragsliste gestrichen (Schritt c). Sobald Fertigungsinsel 4 die Bearbeitung von Auftrag 4 abschließt (Bild 23.3 c), wird der Auftrag (Schritt a) mit der Polca-Karte 4/5 (Schritt b) zur Fertigungsinsel 5 transportiert. Der Auftrag darf hier frühestens an Betriebskalendertag 11 bearbeitet werden, ist also noch blockiert. Die Polca-Karte 2/4 wird frei und geht der Polca-Tafel von Fertigungsinsel 2 zu, wo sie die Bearbeitung eines neuen Auftrags autorisieren kann (Schritt c). Im Bestand von Fertigungsinsel 4 befindet sich lediglich Auftrag 5. Dieser kann nicht bearbeitet werden, weil sowohl die erforderliche Polca-Karte fehlt als auch der Freigabezeitpunkt noch nicht erreicht ist. Auftrag 5 ist daher blockiert, bis beide Freigabebedingungen erfüllt sind. Dies ist am nächsten Tag der Fall, wenn Fertigungsinsel 5 Auftrag 1 fertig stellt (Bild 23.4 d). Auftrag 1 wird an den Kunden ausgeliefert (Schritt a). Die frei werdende PolcaKarte 4/5 autorisiert die Bearbeitung von Auftrag 5 an Fertigungsinsel 4 (Schritt b). Die Fertigungsinsel beginnt mit der Bearbeitung (Schritt c). Während der Bearbeitung sind Auftrag 5 zwei Polca-Karten zugeordnet (Es sei darauf hingewie-

412

23 Polca

sen, dass Auftrag 5 trotz vorhandener Polca-Karten blockiert gewesen wäre, wenn Fertigungsinsel 5 Auftrag 1 schon an Betriebskalendertag 10 abgeschlossen hätte. Der Auftrag hätte dann erst mit Erreichen des Freigabezeitpunktes an Betriebskalendertag 11 bearbeitet werden dürfen). Fertigungsinsel 5 beginnt mit der Bearbeitung von Auftrag 2 (Schritt d). Weil sie die letzte Fertigungsstufe durchführt, hat sie vorher nur zu überprüfen, ob der Freigabezeitpunkt erreicht ist.

23.2 Diskussion der Verfahrensregeln Kennzeichnend für die Polca-Steuerung sind: • •

Die Berechnung von Freigabezeitpunkten für alle Fertigungsinseln, die ein Auftrag durchläuft. Eine dezentrale Bestandsregelung zwischen den Fertigungsinseln der Fertigung.

Die Verfahrensregeln werden nachfolgend anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert. 1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Die Polca-Steuerung regelt den Bestand zwischen einem Paar von Fertigungsinseln. Er wird durch die Anzahl der Polca-Karten begrenzt. Der Bestand einer Fertigungsinsel lässt sich umso genauer regeln, je geringer die Anzahl der möglichen Ursprungsfertigungsinseln ist und je besser die Zeitspanne zwischen dem Freiwerden einer Polca-Karte und dem Eintreffen des dadurch autorisierten Auftrags an der Zielfertigungsinsel abgeschätzt werden kann (vgl. dazu Abschn. 23.3). Die Polca-Steuerung begrenzt über den Bestand der Fertigungsinseln auch den Bestand der Fertigung insgesamt. 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren. Der Spielraum für Bestandsschwankungen an einer Fertigungsinsel wird durch die Anzahl der Polca-Karten begrenzt, für die eine Fertigungsinsel Zielfertigungsinsel ist. Er ist damit meist geringer als bei einer zentralen Bestandsregelung, wie sie etwa die Conwip-Steuerung durchführt. Der Spielraum nimmt mit der Anzahl der möglichen Ursprungsfertigungsinseln zu. Grund hierfür ist, dass die Anzahl der Polca-Karten bei der Auslegung des Verfahrens stets auf eine ganze Zahl aufgerundet wird (vgl. Abschn. 23.3). 3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen. Blockierte Bestände sind eine Schwäche der Polca-Steuerung: Sie verursacht im Vergleich zu zentralen Verfahren der Auftragsfreigabe schon deshalb mehr Blockaden, weil sie Aufträgen auch während des Auftragsdurchlaufs die Bearbeitungsfreigabe verweigern kann. Gegenüber anderen dezentralen Verfahren wirkt

23.2 Diskussion der Verfahrensregeln

413

sich negativ aus, dass sie nicht – wie etwa die Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung – den Bestand einer Fertigungsinsel bzw. eines Arbeitssystems als Ganzes regelt. Stattdessen regelt sie den Bestand von verschiedenen Ursprungsfertigungsinseln in verschiedenen Regelkreisen. Dadurch trifft sie Freigabeentscheidungen auf Basis der Information über einen Teil des Gesamtbestandes einer Fertigungsinsel. Dies mindert die Effizienz des Verfahrens. Bei Rückflüssen im Materialfluss kann die Polca-Steuerung zudem eine wechselseitige Blockade von Aufträgen bzw. Fertigungsinseln nicht ausschließen (sog. Deadlock). Dies sei an einem vereinfachten Beispiel mit zwei Varianten A und B verdeutlicht (Bild 23.5). Variante A durchläuft zunächst Fertigungsinsel 2, dann Fertigungsinsel 1 und schließlich wieder Fertigungsinsel 2. Variante B folgt dem entgegengesetzten Materialfluss. Die Fertigungsinseln werden in der Reihenfolge FI 1 – FI 2 – FI 1 durchlaufen.

IFA 10.801

Bild 23.5 Wechselseitige Blockade von Aufträgen bei Rückflüssen im Materialfluss

In der dargestellten Situation kann keine der Fertigungsinseln einen der Aufträge bearbeiten: Fertigungsinsel 1 fehlt zur Auftragsfreigabe eine Polca-Karte vom Typ 1/2. Diese sind den Aufträgen der Variante B zugeordnet. Umgekehrt benötigte Fertigungsinsel 2 eine Polca-Karte vom Typ 2/1, um die Aufträge der Variante B bearbeiten zu können. Diese sind jedoch den Aufträgen der Variante A an der Fertigungsinsel 1 zugeordnet. Infolgedessen sind die Aufträge an beiden Fertigungsinseln dauerhaft blockiert. Bei Anwendung der Polca-Steuerung ist daher bei Rückflüssen im Materialfluss die Möglichkeit wechselseitiger Blockaden kritisch zu überprüfen. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen. Die Polca-Steuerung unterstützt einen Belastungsabgleich zwischen den Fertigungsinseln. Die begrenzte Anzahl der Polca-Karten verhindert, dass mehr Aufträge eine Bearbeitungsfreigabe erhalten, als eine Fertigungsinsel kurzfristig bearbeiten kann (Belastungsabgleich durch Aufschiebung der Belastung). Wird einer Fertigungsinsel die Bearbeitungsfreigabe für einen Auftrag aufgrund einer fehlenden Polca-Karte verweigert, versucht sie, einen anderen Auftrag vorzuziehen. Gelingt dies, können dadurch ggf. Auslastungsverluste an einer nicht überlasteten Fertigungsinsel vermieden werden (Belastungsabgleich durch Vorziehen der Belastung). Die Polca-Steuerung verringert so den zur Sicherung der Auslastung er-

414

23 Polca

forderlichen Pufferbestand. Die Effektivität dieses Mechanismus wird jedoch zum einen dadurch verringert, dass die Polca-Steuerung den Gesamtbestand einer Fertigungsinsel nach den Ursprungsfertigungsinseln aufteilt und getrennt regelt. Dadurch trifft sie Entscheidungen stets auf der Grundlage der Information über einen Teilbestand. Zum anderen schränkt der Freigabezeitpunkt den Spielraum für einen Belastungsabgleich ein. Anders als etwa die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe unterstützt das Verfahren auch keinen zentralen Belastungsabgleich. 5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen. Die Polca-Steuerung verursacht Reihenfolgevertauschungen beim Auftragsdurchlauf. Sie entstehen, wenn eine Fertigungsinsel die Bearbeitung eines Auftrags vorzieht, weil ein Auftrag mit höherer Priorität blockiert ist. Dies wirkt sich jedoch nicht zwangsläufig negativ auf die Termintreue aus: Ein Auftrag, der wegen fehlender Polca-Karte blockiert ist, würde bei reihenfolgegemäßer Bearbeitung an der nachfolgenden Fertigungsinsel häufig auf einen hohen Bestand treffen2. Dieser kann sich durch die Reihenfolgevertauschungen abbauen, so dass der Auftrag an der nachfolgenden Fertigungsinsel auf einen niedrigeren Bestand träfe und ggf. nicht später bearbeitet würde als ohne Reihenfolgevertauschung. Blockiert eine Fertigungsinsel mehrere Ursprungsfertigungsinseln, erteilt sie nach der Fertigstellung eines Auftrags nicht grundsätzlich die Bearbeitungsfreigabe für den Auftrag mit der höchsten Priorität. Vielmehr bestimmt die frei werdende Polca-Karte, welche Fertigungsinsel die Bearbeitung eines Auftrags beginnen kann. Die Aufteilung des Bestands einer Fertigungsinsel nach der Ursprungsfertigungsinsel wirkt sich damit auch negativ auf die verursachten Reihenfolgevertauschungen aus. Die Polca-Steuerung sollte daher mit einer Reihenfolgeregel kombiniert werden, die die Plan-Endtermine der Aufträge berücksichtigt. 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Planabweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können. Es ist Aufgabe der Fertigungssteuerung, einen drohenden Rückstand zu verhindern und einen entstandenen Rückstand abzubauen. Dazu ist die Kapazität kurzfristig zu erhöhen. Die Verfahrensregeln der Polca-Steuerung lassen eine Rückstandsregelung unberücksichtigt. Das Verfahren ist daher mit einer Rückstandsregelung zu kombinieren, um eine hohe Liefertermintreue auch bei Planabweichungen gewährleisten zu können. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Die Polca-Steuerung berücksichtigt das Engpassprinzip mindestens implizit: Die Aufträge und die Polca-Karten sammeln sich automatisch an der Engpassfertigungsinsel. Dadurch werden ggf. Aufträge an den Ursprungsfertigungsinseln mangels freier Polca-Karten blockiert. Dieser Mechanismus verhindert, dass die Ursprungsfertigungsinseln mehr Aufträge fertigen, als die Engpassfertigungsinsel kurzfristig bearbeiten kann. Stellt die Engpassfertigungsinsel einen Auftrag fertig, 2

Dies hängt u.a. von der Anzahl der Polca-Karten ab.

23.3 Festlegung der Verfahrensparameter

415

wird eine Polca-Karte frei und löst damit die Fertigung eines Auftrags an der Ursprungsfertigungsinsel aus. Die Polca-Steuerung stellt so die zukünftige Versorgung des Engpasses mit Aufträgen sicher. 8. Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Die Verfahrensregeln der Polca-Steuerung sind recht einfach. Mit den PolcaKarten verfügt das Steuerungsverfahren zudem über ein anschauliches visuelles Hilfsmittel. Dieses kann zudem zur Steuerung des Transports eingesetzt werden: Steht im Ausgangsbereich einer Fertigungsinsel ein Auftrag, kann der Transporteur von der Polca-Karte die Zielfertigungsinsel ablesen [Suri-98]. Bei komplexen Materialflüssen wird die Umsetzung der Polca-Steuerung jedoch zunehmend schwieriger. Es ist dann für sehr viele verschiedene Paare von Fertigungsinseln die Anzahl der Polca-Karten festzulegen. Dies kann einen erheblichen Aufwand verursachen und beeinflusst zudem, in welchem Umfang die logistischen Ziele erreicht werden. Für eine derartige Fertigungsumgebung ist die Polca jedoch nicht entwickelt worden.

23.3 Festlegung der Verfahrensparameter Die beiden wesentlichen Verfahrensparameter der Polca-Steuerung sind die Anzahl der Polca-Karten (Abschn. 23.3.1) und die Freigabezeitpunkte der Aufträge an den Fertigungsinseln (Abschn. 23.3.2). Wie sie, ausgehend von der logistischen Zielsetzung, festgelegt werden können, wird in den folgenden Abschnitten erläutert. Darüber hinaus ist es möglich, einen Vorgriffshorizont zu definieren. Dieser legt die Zeitdauer fest, um welche die Aufträge vor dem Plan-Starttermin bearbeitet werden dürfen, um einen Belastungsabgleich der Fertigung zu unterstützen. Suri sieht einen derartigen Belastungsabgleich jedoch nicht vor und verweist auf den Bestandsaufbau, der mit einer vorzeitigen Fertigstellung von Aufträgen verbunden ist [Suri-98]. 23.3.1 Anzahl der Polca-Karten Suri nennt die folgende, auf Little´s Gesetz basierende, Gleichung für die Berechnung der Anzahl der Polca-Karten für zwei Fertigungsinseln i und j [Suri-98]:

(

)

AnzPKij = ZDLm, i + ZDLm, j ⋅ mit

AnzPKij ZDLm,i AnzAufij P

AnzAufij P

(23.1)

Anzahl Polca-Karten mit Fertigungsinsel i als Ursprungs- und Fertigungsinsel j als Zielfertigungsinsel [-] mittlere Durchlaufzeit der (Ursprungs-)Fertigungsinsel i [BKT] Anzahl Aufträge, die im Bezugszeitraum P die Fertigungsinseln i und j nacheinander durchlaufen [-] Länge des Bezugszeitraums [BKT]

416

23 Polca

Diese Gleichung ist mit Vorsicht anzuwenden, weil die Durchlaufzeiten nicht einheitlich definiert sind: Ein Auftrag benötigt nur für den Durchlauf durch die Fertigungsinsel i eine Polca-Karte, nicht aber für den Wartezeit vor der Fertigungsinsel i.3 Dagegen bleibt die Polca-Karte während der Wartezeit und während des Durchlaufs durch die Zielfertigungsinsel j beim Auftrag. Entscheidend ist dieser Unterschied insbesondere, wenn die Wartezeit vor der Ursprungsfertigungsinsel i vergleichsweise hoch ist. In diesem Fall kann die mittlere Durchlaufzeit an der Zielfertigungsinsel j den Zielwert deutlich überschreiten, wenn auch die Wartezeit an der Ursprungsfertigungsinsel i in die Berechnung der Anzahl der PolcaKarten einbezogen wird. Ferner bleibt offen, welche Durchlaufzeiten sinnvoll erreicht werden können. Suri verweist dazu auf eine spezielle Modellierungssoftware [Suri-98]. Im Folgenden wird – wie bei den anderen Fertigungssteuerungsverfahren auch – auf das Trichtermodell zurückgegriffen. Das Vorgehen zur Festlegung der Anzahl der Polca-Karten umfasst zum einen die logistische Positionierung der Fertigungsinseln und zum anderen die darauf aufbauende Berechnung der Anzahl der PolcaKarten. Logistische Positionierung der Fertigungsinseln

Ziel der logistischen Positionierung ist es, Plan-Bestand und Plan-Durchlaufzeiten für die einzelnen Fertigungsinseln zu bestimmen. Um zwischen den logistischen Zielgrößen Bestand, Durchlaufzeit und Leistung abwägen zu können, werden logistische Kennlinien berechnet, die die gegenseitigen Abhängigkeiten der Zielgrößen aufzeigen. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass mehrere Arbeitssysteme eine Fertigungsinsel bilden. Es können dann nach der Art des Teileflusses zwei Vorgehen unterschieden werden: a) Losweiser Transport: Innerhalb der Fertigungsinsel bearbeitet jedes Arbeitssystem ein komplettes Los. Dieses wird erst nach der Fertigstellung zum nächsten Arbeitssystem transportiert. In diesem Fall kann für jedes Arbeitssystem eine Produktionskennlinie berechnet und ein Zielbestand bestimmt werden. Dieser ist dann in die Einheit Anzahl Aufträge umzurechnen und über alle Arbeitssysteme aufzuaddieren. Das entsprechende Vorgehen ist in Abschnitt 18.3 für die ConwipSteuerung erläutert. Es kann analog auf die Polca-Steuerung übertragen werden. b) One-piece-flow: Innerhalb der Fertigungsinsel wird ein Werkstück direkt nach der Bearbeitung zum nächsten Arbeitssystem transportiert. Für die gesamte Fertigungsinsel ist dann eine einzige Fertigungsinselkennlinie zu berechnen. Die Berechnungsgrundlagen sind ausführlich in [Lödd-01b] erläutert. In beiden Fällen kann aus dem Plan-Bestand und aus der Plan-Leistung für die Fertigungsinsel eine Plan-Durchlaufzeit berechnet werden (Little´s Gesetz):

3

Es ist natürlich möglich, eine Polca-Karte einem Auftrag schon in der Warteschlange vor der Ursprungsfertigungsinsel zuzuordnen, so dass auch die Wartezeit berücksichtigt würde. Dies würde jedoch zum einen die Reihenfolge beeinflussen, in der die Aufträge an den Fertigungsinseln bearbeitet werden. Zum anderen lässt sich nicht verhindern, dass ein Auftrag auch dann an die Ursprungsfertigungsinsel gelangt, wenn keine freie PolcaKarte für den nächsten Regelkreis verfügbar ist.

23.3 Festlegung der Verfahrensparameter

ZDLPlan , j = mit

BAPlan , j

(23.2)

LAPlan , j

ZDLPlan,j BAPlan,j LAPlan,j

417

Plan-Durchlaufzeit Fertigungsinsel j [BKT] Plan-Bestand Fertigungsinsel j (in Anzahl Aufträgen) [-] Plan-Leistung Fertigungsinsel j [-/BKT]

Diese Plan-Durchlaufzeit enthält sowohl die Wartezeit vor der Fertigungsinsel als auch die Zeit des Durchlaufs durch die Fertigungsinsel. Die NettoDurchlaufzeit durch die Fertigungsinsel ergibt sich, indem die Wartezeit vor der Fertigungsinsel von der Plan-Durchlaufzeit subtrahiert wird:

ZDLNetto , Plan, j = ZDLPlan , j − WZ Plan , j mit

ZDLNetto,Plan,j ZDLPlan,j WZPlan,j

(23.3)

Plan-Netto-Durchlaufzeit Fertigungsinsel j [BKT] Plan-Durchlaufzeit Fertigungsinsel j [BKT] Plan-Wartezeit vor Fertigungsinsel j [BKT]

Berechnung der Anzahl der Polca-Karten

Hat das Unternehmen über die Plan-Bestände der Fertigungsinseln entschieden, ist es Aufgabe der Fertigungssteuerung, die Anzahl der Polca-Karten so festzulegen, dass die Plan-Bestände erreicht werden. Ein exakter rechnerischer Zusammenhang zwischen der Anzahl der Polca-Karten und den Beständen der Fertigungsinseln lässt sich nicht bestimmen. Um diesen Zusammenhang abzuschätzen, wird zunächst eine vereinfachende Annahme getroffen. Nach dieser Annahme sind alle Polca-Karten stets einem Auftrag zugeordnet. Ist dies in der Realität zeitweilig nicht der Fall, wird der tatsächliche Bestand niedriger ausfallen als der PlanBestand. Unter dieser Annahme lässt sich ein vereinfachtes Vorgehen für die Berechnung der Anzahl der Polca-Karten ableiten. Es umfasst drei Schritte: 1.

Bestimmung der Anzahl der Polca-Karten für den Direktbestand der Zielfertigungsinsel

Die Anzahl der Polca-Karten für den Direktbestand wird unmittelbar durch den Plan-Bestand der Fertigungsinsel bestimmt. Dieser ist anteilig auf die PolcaKarten der möglichen Ursprungsfertigungsinseln aufzuteilen. Entsprechend gilt:

AnzPKij , Dir = BAPlan , j ⋅

AnzAufij m

∑ AnzAuflj

(23.4)

l =1

mit

AnzPKij,Dir BAPlan,j AnzAufij m

Anzahl Polca-Karten für den Direktbestand mit Fertigungsinsel i als Ursprungs- und Fertigungsinsel j als Zielfertigungsinsel [-] Plan-Bestand Fertigungsinsel j (in Anzahl Aufträgen) [-] Anzahl Aufträge, die im Bezugszeitraum P die Fertigungsinseln i und j nacheinander durchlaufen [-] Anzahl der Fertigungsinseln [-]

418

23 Polca

2.

Bestimmung der Anzahl der Polca-Karten für den Indirektbestand der Zielfertigungsinsel Der Plan-Bestand der Zielfertigungsinsel allein reicht für die Bestimmung der Anzahl der Polca-Karten nicht aus. Vielmehr muss auch der Indirektbestand berücksichtigt werden, der an der Ursprungsfertigungsinsel bereits bearbeitet wird. Er kann mit Hilfe des Durchlaufdiagramms modelliert werden (Bild 23.6). Dazu wird zusätzlich zur Zugangskurve der Zielfertigungsinsel eine indirekte Zugangskurve in das Durchlaufdiagramm eingezeichnet. Sie entsteht auf die gleiche Weise wie die (konventionelle direkte) Zugangskurve, mit dem Unterschied, dass die Aufträge bereits zum Zeitpunkt des Bearbeitungsbeginns an der Ursprungsfertigungsinsel berücksichtigt werden.

IFA 10.913

Bild 23.6 Darstellung des Indirektbestandes im erweiterten Durchlaufdiagramm

Die Fläche zwischen der Kurve des indirekten Zugangs und der Zugangskurve entspricht der indirekten Bestandsfläche der Zielfertigungsinsel. Aus ihr kann der mittlere Indirektbestand bestimmt werden. Es gilt (vgl. dazu [Wien-97b]):

BAm ,Ind = mit

FBInd P

BAm,Ind FBInd P

(23.5)

mittlerer Indirektbestand (in Anzahl Aufträgen) [-] indirekte Bestandsfläche [BKT] Länge des Bezugszeitraums [BKT]

Die indirekte Bestandsfläche ist umso größer, je länger die Netto-Durchlaufzeiten der Aufträge an der Ursprungsfertigungsinsel sind und je mehr Aufträge im Bezugszeitraum abgearbeitet werden sollen. Durch einige Umformungen ergibt sich aus Gl. 23.5 die folgende Beziehung:

23.3 Festlegung der Verfahrensparameter

AnzPKij , Ind = ZDLm, Netto , i ⋅ mit

AnzPKij,Ind ZDLm,Netto,i AnzAufij P

AnzAuf ij

419

(23.6)

P

Anzahl Polca-Karten für den Indirektbestand mit Fertigungsinsel i als Ursprungs- und Fertigungsinsel j als Zielfertigungsinsel [-] mittlere Netto-Durchlaufzeit Fertigungsinsel i [BKT] Anzahl Aufträge, die im Bezugszeitraum P die Fertigungsinseln i und j nacheinander durchlaufen [-] Länge des Bezugszeitraums [BKT]

3. Bestimmung der Gesamtanzahl der Polca-Karten Im letzten Schritt werden die Anzahlen der Polca-Karten für den Direktbestand und den Indirektbestand einer Fertigungsinsel addiert. Das Ergebnis wird dann – falls erforderlich – auf die nächstgrößere ganze Zahl aufgerundet.

(

AnzPK ij = aufrunden AnzPK ij , Dir + AnzPK ij , Ind mit

AnzPKij AnzPKij,Dir AnzPKij,Ind

)

(23.7)

Anzahl Polca-Karten mit Fertigungsinsel i als Ursprungs- und Fertigungsinsel j als Zielfertigungsinsel [-] Anzahl Polca-Karten für den Direktbestand mit Fertigungsinsel i als Ursprungs- und Fertigungsinsel j als Zielfertigungsinsel [-] Anzahl Polca-Karten für den Indirektbestand mit Fertigungsinsel i als Ursprungs- und Fertigungsinsel j als Zielfertigungsinsel [-]

Wenn eine Fertigungsinsel viele mögliche Ursprungsfertigungsinseln hat, können die folgenden Probleme entstehen:

•

•

Die Anzahl der Polca-Karten in den Regelkreisen ist sehr niedrig: In vielen Fällen wird einem Polca-Regelkreis die Mindestzahl von einer Polca-Karte zugeordnet werden. Wenn zeitweise überdurchschnittlich viele Aufträge für eine bestimmte Abfolge von Fertigungsinseln auftreten, können gleichzeitig blockierte Bestände und Auslastungsverluste entstehen. Die Anzahl der Polca-Karten über alle Regelkreise ist hoch: Dies ist eine direkte Folge des Aufrundens der Anzahl der Polca-Karten. Dadurch entsteht ein Spielraum für einen Bestandsaufbau und für Bestandsschwankungen.

Beide Effekte konnten in Simulationsversuchen mit der Polca-Steuerung in sehr komplexen Materialflüssen nachgewiesen werden [Lödd-01]. Luh, Zhou und Tomastik untersuchen einen sehr einfachen Materialfluss [Luh-00]. Unter diesen Bedingungen erzielte die Polca-Steuerung gute Ergebnisse. 23.3.2 Freigabezeitpunkte Der Freigabezeitpunkt bestimmt, ab welchem Zeitpunkt eine Fertigungsinsel einen Auftrag frühestens bearbeiten darf. Die Polca-Steuerung ist das einzige Freigabeverfahren, das einen Auftrag nach der ersten Freigabe noch durch ein Terminkriterium blockieren kann. Suri schlägt vor, die Freigabezeitpunkte der Aufträge an den Fertigungsinseln in einer konventionellen Rückwärtsterminierung festzulegen

420

23 Polca

[Suri-98]. Es ist naheliegend, den Plan-Endtermin eines Auftrags an der Ursprungsfertigungsinsel als Freigabezeitpunkt zu wählen4:

FrZ i = TBE Plan , i − 1 mit

FrZi TBEPlan,i-1

(23.8) Freigabezeitpunkt an Fertigungsinsel i [BKT] Plan-Bearbeitungsende an der Ursprungsfertigungsinsel [BKT]

Grundsätzlich bestimmt der Freigabezeitpunkt den Spielraum der Fertigungsinseln für einen Belastungsabgleich. Er legt einen Vorgriffhorizont für die Fertigungsinseln fest, den andere Fertigungssteuerungsverfahren nur für die gesamte Fertigung bzw. den gesamten Auftrag bestimmen. Je früher die Freigabezeitpunkte der Aufträge an den Fertigungsinseln gesetzt werden, desto größer ist der Spielraum für einen Belastungsabgleich und desto höher ist der Bestandsaufbau, der für diesen Zweck bewusst akzeptiert wird. In der Praxis kann auf die Festlegung der Freigabezeitpunkte häufig ganz verzichtet werden. Dies gilt insbesondere bei kurzen Auftragsdurchlaufzeiten.

23.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Es wäre zwar ungewöhnlich, die Polca-Steuerung unternehmensübergreifend einzusetzen. Dies würde übereinstimmende Fertigungslosgrößen zwischen liefernden und empfangenden Unternehmen voraussetzen. Die materialflussspezifischen Regelkreise der Polca-Steuerung eignen sich jedoch grundsätzlich gut für die unternehmensübergreifende Fertigungssteuerung. Sie ermöglichen es, Regelkreise zwischen zwei Unternehmen aufzubauen, ohne dabei die Lieferbeziehungen zu anderen Unternehmen unmittelbar berücksichtigen zu müssen.

23.5 Anwendung Das Anwendungsgebiet der Polca-Steuerung ist vergleichsweise groß. Mögliche Gründe, das Verfahren nicht anzuwenden, sind:

• •

4

Bei einer unkoordinierten Auftragserzeugung und komplexen Materialflüssen erzielt eine Auftragsfreigabe mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich bei einem vergleichbaren Bestand eine höhere Leistung. Bei einer niedrigen Auslastung ist der Einsatz der Polca-Steuerung nicht erforderlich. Er führt hier ggf. zur vorzeitigen Freigabe und Fertigstellung von Aufträgen und wirkt damit bestandserhöhend.

Eine Alternative wäre der Plan-Bearbeitungsbeginn an der betrachteten Fertigungsinsel. Dies würde jedoch keinerlei Spielraum für einen Belastungsabgleich lassen (vgl. nachfolgende Diskussion).

23.5 Anwendung

•

•

421

Bei einer Feinterminierung der Aufträge mit begrenzter Kapazität ist es möglich, dass der Plan-Bestand der Fertigungsinseln zeitweilig größer ist als die Bestandsgrenze der Polca-Steuerung erlaubt. Diese kann dann die Vorgaben der Produktionsplanung nicht umsetzen. Bei den engen Regelkreisen der Polca-Steuerung tritt dieses Problem eher auf als bei einer zentralen Bestandsregelung (wie z. B. der Conwip-Steuerung). Bei einer hohen Materialflusskomplexität führt das Verfahren ggf. zu blockierten Beständen und verliert an Effizienz.

Suri und Krishnamurthy berichten in einem technischen Report von der Einführung der Polca-Steuerung in zwei Unternehmen in den USA [Suri-03]. Olsen Engineering ist ein metallverarbeitendes Unternehmen in Iowa. Durch die Einführung der Polca-Steuerung konnte das Unternehmen die Durchlaufzeit verschiedener Produkte um 22% bis 68% senken. Der Bestand in der Fertigung und im Lager konnte um 75% bis 90% reduziert werden. Suri und Krishnamurthy berichten außerdem von einer erhöhten Transparenz, einer besseren Mitarbeitermoral und verschiedenen Verbesserungen im Qualitätsbereich. Insgesamt habe die Einführung zudem eine Kultur der kontinuierlichen Verbesserung angeregt. Rockwell Automation hat die Polca-Steuerung in einem Unternehmensbereich eingeführt, der Motorensteuerungen herstellt. Die Durchlaufzeiten konnten um 25% reduziert werden, die Liefertreue erhöhte sich bei sehr strenger Termintoleranz auf 92%.

24 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung

Die Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung (DBF) basiert auf dezentralen Bestandsregelkreisen zwischen den Arbeitssystemen der Fertigung. Sie bietet damit die Voraussetzung, die Fertigungsmitarbeiter in die Verantwortung für die logistische Zielerreichung einzubeziehen. Das Verfahren wurde von Lödding am Institut für Fabrikanlagen und Logistik der Universität Hannover in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierten Projekt entwickelt [Lödd-01, Wien-01]. Der folgende Abschnitt erläutert die Verfahrensregeln der DBF (Abschn. 24.1). Sie werden im zweiten Abschnitt anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren diskutiert. Abschnitt 24.3 beschreibt, wie die Verfahrensparameter der DBF ausgehend von der logistischen Zielsetzung festgelegt werden können. Es wäre ungewöhnlich, die DBF in der unternehmensübergreifenden Fertigungssteuerung anzuwenden (Abschn. 24.4). Das Anwendungsgebiet der DBF wird in Abschnitt 24.5 skizziert.

24.1 Verfahrensbeschreibung Im folgenden Abschnitt wird das Grundverfahren der DBF vorgestellt. Abschnitt 24.1.2 stellt mit der Bestandsgeregelten Durchflusssteuerung einen frühen Vorgänger der DBF vor. 24.1.1 Grundverfahren Bild 24.1 zeigt das Grundprinzip der DBF. Ein zentrales PPS-System generiert ausgehend von Marktinformationen bzw. Kundenaufträgen eine Liste dringender Aufträge. Dazu kann das PPS-System z. B. einen MRP-Lauf durchführen. Es ist jedoch auch möglich, die DBF mit anderen Verfahren zur Auftragserzeugung zu kombinieren. Die Aufträge in der Liste werden über dezentrale Bestandsregelkreise für die Fertigung freigegeben. Die DBF gibt jeden Arbeitsvorgang eines Auftrags gesondert frei. Entscheidungsgrundlage hierfür ist der Bestand des jeweils nachfolgenden Arbeitssystems. Durch die entsprechende Anfrage entsteht ein Informationsfluss in Richtung des Materialflusses. Die Entscheidung darüber, ob der Auftrag bearbeitet werden darf, führt zu einem Informationsfluss entgegengesetzt zum Materialfluss.

424

24 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung

IFA G 9604B

Bild 24.1 Prinzip der Dezentralen Bestandsorientierten Fertigungsregelung

Die Fertigungssteuerung mit der DBF basiert auf sechs Verfahrensregeln [Lödd-01]: 1. Bevor ein Mitarbeiter einen Auftrag zu bearbeiten beginnt, fragt er beim nachfolgenden Arbeitssystem des betreffenden Auftrags um die Bearbeitungsfreigabe nach. Der letzte Arbeitsvorgang eines Auftrags kann immer bearbeitet werden. Das nachfolgende Arbeitssystem erfährt durch diese Regel von einer möglichen Belastung durch einen Auftrag. Diese Information erweist sich als besonders hilfreich, wenn eine überlappte Fertigung durchgeführt werden soll. Dadurch können die erreichbaren Bestände und Durchlaufzeiten reduziert werden. Eine entsprechende Verfahrenserweiterung ist in [Lödd-01] beschrieben. 2. Der Mitarbeiter am nachfolgenden Arbeitssystem trifft die Entscheidung über die Bearbeitungsfreigabe auf Grundlage einer Bestandsgrenze. Übertrifft der Bestand am Arbeitssystem (Direktbestand) und der Bestand, der an Vorgängerarbeitssystemen bearbeitet wird (Indirektbestand), die Bestandsgrenze des Arbeitssystems, verweigert er die Bearbeitungsfreigabe. Ansonsten gibt er den Auftrag zur Bearbeitung frei und addiert dessen Auftragszeit zum Gesamtbestand hinzu. Diese Regel ermöglicht es einem Arbeitssystem, den Zufluss an Arbeit zu regeln. Bearbeitungsfreigaben sichern die Versorgung mit Aufträgen. Verweigert ein Arbeitssystem die Bearbeitungsfreigabe, verhindert es, dass mehr Aufträge zufließen, als das Arbeitssystem kurzfristig bearbeiten kann. Es vermeidet damit einen Bestandsaufbau. 3. Erhält ein Arbeitssystem für einen Auftrag die Bearbeitungsfreigabe, beginnt es mit dessen Bearbeitung. Andernfalls fragt es für die weiteren Aufträge im Be-

24.1 Verfahrensbeschreibung

425

stand um die Bearbeitungsfreigabe nach, falls diese ein anderes Nachfolgerarbeitssystem durchlaufen. Das Bemühen, die Bearbeitungsfreigabe für andere Aufträge im Bestand zu erhalten, zielt darauf ab, die Auslastung des Arbeitssystems zu sichern. Gelingt dies nicht, wird das Arbeitssystem blockiert. Es ist dann meist kein Engpass, weil es ansonsten keinen Bestandsaufbau an nachfolgenden Arbeitssystemen bewirken könnte. 4. Nach der Bearbeitung eines Auftrags streicht ihn der Mitarbeiter aus dem Gesamtbestand des Arbeitssystems. Unterschreitet der Gesamtbestand dadurch die Bestandsgrenze, erteilt der Mitarbeiter die Bearbeitungsfreigabe für Aufträge, denen sie vorher verweigert wurde, bis die Bestandsgrenze wieder überschritten wird. Dies sichert die zukünftige Versorgung des Arbeitssystems mit Aufträgen. Es gewährleistet zudem, dass ein zuvor blockiertes Arbeitssystem davon erfährt, dass die Blockade aufgehoben wird. 5. Jedem Arbeitssystem ist eine Positionsnummer zugeordnet, die die relative Position eines Arbeitssystems im Materialfluss kennzeichnet. Unabhängig vom Überschreiten der Bestandsgrenze erteilt ein Arbeitssystem die Bearbeitungsfreigabe für Aufträge, wenn das nachfragende Arbeitssystem eine höhere Positionsnummer hat, also ein Rückfluss vorliegt. Diese Regel verhindert eine wechselseitige Blockade von Arbeitssystemen. Sie setzt dazu die angestrebte Bestandsregelung teilweise außer Kraft. Die Positionsnummern der Arbeitssysteme sollten daher so vergeben werden, dass möglichst wenige Materialflüsse zu Arbeitssystemen mit niedriger Positionsnummer (Rückflüsse) entstehen. 6. Die Produktionsplanung generiert eine Liste dringender Aufträge. Diese Aufträge werden freigegeben, wenn der Bestand am Beginnarbeitssystem die Bestandsgrenze unterschreitet. Sie werden mit der Freigabe zum Bestand des Beginnarbeitssystems hinzugerechnet. Bei einer sehr leistungsfähigen Materialbereitstellung können die Aufträge auch erst unmittelbar vor dem Bearbeitungsbeginn freigegeben werden, vgl. dazu [Lödd-01]. Die sechste Regel beschreibt die Verbindung der DBF zur Produktionsplanung. Wie bei allen Auftragsfreigabeverfahren ist es sinnvoll, einen Vorgriffshorizont zu definieren. Dieser legt fest, um wie viele Tage ein Auftrag vorzeitig freigegeben werden darf. Die Verfahrensregeln werden nachfolgend an drei Beispielen erläutert. Das erste Beispiel verdeutlicht den Grundmechanismus der DBF. Beispiel 2 stellt die Problematik der wechselseitigen Blockaden von Arbeitssystemen dar. Das dritte Beispiel erläutert die beiden Alternativen zur Auftragsfreigabe mit der DBF. Beispiel 1: Der Grundmechanismus der DBF

Das erste Beispiel stellt den Durchlauf von sieben Aufträgen durch drei Arbeitssysteme einer Fertigung dar (Bild 24.2).

426

24 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung

a) Ausgangssituation 1

BGAS1 7 6

5 3 2 1

K

AS 3 Gesamtbestand [Std]

Gesamtbestand [Std]

Gesamtbestand [Std]

4

5 3 2 AS 2

7 6 AS 1

BGAS2

BGAS3 4

b) Arbeitssystem 1 wählt Auftrag aus c a

7

7 6 AS 1

1

4

5 3 2 AS 2 d

7 6

Gesamtbestand [Std]

Gesamtbestand [Std]

b

BGAS1

K

AS 3

5 3 2 1

BGAS2

Gesamtbestand [Std]

e

BGAS3 7 4

f

c) Arbeitssystem 1 stellt Auftrag 7 fertig a

7 6 AS 1

d

1

4

5 3 2 AS 2

K

7 AS 3

7 6

b

5 3 2 1

BGAS2

Gesamtbestand [Std]

BGAS1

Gesamtbestand [Std]

Gesamtbestand [Std]

e

BGAS3 7 4

c

IFA 10.642A

Bild 24.2 Funktionsweise der Dezentralen Bestandsorientierten Fertigungsregelung (1)

Jedem Arbeitssystem ist ein Bestandskonto zugeordnet. Es enthält die Auftragszeiten der Aufträge im Bestand und zeigt außerdem die Bestandsgrenze an. Aufträge, die an Vorgängerarbeitssystemen bearbeitet werden (Indirektbestand) sind durch einen gestrichelten Umriss gekennzeichnet. In der Ausgangssituation ist die Bestandsgrenze an Arbeitssystem 2 überschritten. Arbeitssystem 1 hat gerade die Bearbeitung von Auftrag 5 abgeschlossen (Bild 24.2 a).

24.1 Verfahrensbeschreibung

427

IFA 10.642B

Bild 24.2 Funktionsweise der Dezentralen Bestandsorientierten Fertigungsregelung (2)

Arbeitssystem 1 möchte nun mit der Bearbeitung von Auftrag 6 beginnen (Bild 24.2 b). Dazu fragt es bei Arbeitssystem 2, das den nächsten Arbeitsvorgang von Auftrag 6 bearbeitet, um die Bearbeitungsfreigabe nach (Schritt a). Bei Arbeitssystem 2 überschreitet die Summe der Auftragszeiten der Aufträge im Bestand jedoch bereits die Bestandsgrenze. Es lehnt daher die Bearbeitungsfreigabe ab (Schritt b). Arbeitssystem 1 fragt nunmehr für Auftrag 7 um die Bearbeitungsfreigabe bei Arbeitssystem 3 nach (Schritt c), das den nächsten Arbeitsvorgang von Auftrag 7 bearbeitet. Bei Arbeitssystem 3 befindet sich lediglich Auftrag 4 im Bestand, der

428

24 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung

gerade bearbeitet wird. Die Bestandsgrenze ist noch nicht überschritten. Arbeitssystem 3 erteilt daher die Bearbeitungsfreigabe (Schritt d). Arbeitssystem 1 beginnt mit der Bearbeitung (Schritt e), woraufhin Auftrag 7 als Indirektbestand in das Bestandskonto von Arbeitssystem 3 eingebucht wird (Schritt f). Für die Zeit der Bearbeitung zählt Auftrag 7 als direkter Bestand zum Gesamtbestand von Arbeitssystem 1 und als Indirektbestand zum Gesamtbestand von Arbeitssystem 3. An beiden Arbeitssystemen wird Auftrag 7 mit der arbeitsgangspezifischen Auftragszeit bewertet. Diese unterscheidet sich in diesem Fall deutlich. Arbeitssystem 1 beendet die Bearbeitung von Auftrag 7 (Schritt a in Bild 24.2 c) und streicht ihn aus dem Gesamtbestand (Schritt b). Der Auftrag wird zu Arbeitssystem 3 transportiert, wo er nun als direkter Bestand geführt wird (Schritt c). Arbeitssystem 1 fragt erneut um die Bearbeitungsfreigabe für Auftrag 6 bei Arbeitssystem 2 an (Schritt d). Hier ist die Bestandsgrenze jedoch immer noch überschritten, so dass es die Freigabe ein weiteres Mal verweigert (Schritt e). Arbeitssystem 1 ist damit blockiert, da keine weiteren Aufträge mehr im Bestand sind. Mit der Fertigstellung von Auftrag 1 (Schritt a in Bild 24.2 d) streicht ihn Arbeitssystem 2 aus dem Gesamtbestand (Schritt b). Es fragt für Auftrag 2 um die Bearbeitungsfreigabe bei Arbeitssystem 3 nach (Schritt c), erhält sie (Schritt d) und beginnt mit der Bearbeitung (Schritt e). Auftrag 2 wird an Arbeitssystem 3 als Indirektbestand gebucht, wodurch die Bestandsgrenze des Arbeitssystems erstmals überschritten wird (Schritt f). Zeitgleich erteilt Arbeitssystem 2 die Bearbeitungsfreigabe für Auftrag 6 an Arbeitssystem 1 (Schritt a in Bild 24.2 e), da die Bestandsgrenze durch die Fertigstellung von Auftrag 1 unterschritten wurde. Arbeitssystem 1 beginnt unmittelbar mit der Bearbeitung (Schritt b). Durch den Indirektbestand von Auftrag 6 wird die Bestandsgrenze an Arbeitssystem 2 erneut überschritten (Schritt c). Beispiel 2: Wechselseitige Blockade von Arbeitssystemen

Ohne die Berücksichtigung von Positionsnummern mit Regel 5 können sich Arbeitssysteme bei komplexen Materialflüssen wechselseitig blockieren. Eine solche Situation ist in Bild 24.3 an einem einfachen Beispiel mit zwei Arbeitssystemen dargestellt.

IFA G8942

Bild 24.3 Wechselseitige Blockade von Arbeitssystemen

24.1 Verfahrensbeschreibung

429

Die Aufträge an Arbeitssystem 1 seien ausnahmslos für Arbeitssystem 2 bestimmt und umgekehrt. Außerdem seien an beiden Arbeitssystemen die Bestandsgrenzen durch die Aufträge im Bestand überschritten. In einem solchen Fall kann weder Arbeitssystem 1 einen Auftrag bearbeiten noch Arbeitssystem 2, da das jeweils andere Arbeitssystem eine Bearbeitungsfreigabe aufgrund der überschrittenen Bestandsgrenze ablehnen müsste. Die Arbeitssysteme blockieren sich somit gegenseitig. Um eine derartige Situation zu vermeiden, wird für jedes Arbeitssystem eine Positionsnummer vergeben. Diese kennzeichnet die relative Position eines Arbeitssystems im Materialfluss (vgl. Abschn. 24.3.2 für die Bestimmung der Positionsnummer). Auch bei überschrittener Bestandsgrenze erteilt ein Arbeitssystem die Bearbeitungsfreigabe für Aufträge, falls das anfragende Arbeitssystem eine höhere Positionsnummer hat. Hat im obigen Beispiel Arbeitssystem 1 die Positionsnummer 1 und Arbeitssystem 2 die Positionsnummer 2, kann eine wechselseitige Blockade nicht entstehen (Bild 24.4).

IFA G8943b

Bild 24.4 Vermeidung einer wechselseitigen Blockade durch Positionsnummern

Arbeitssystem 1 erteilt die Bearbeitungsfreigabe für Auftrag 4, da Arbeitssystem 2 eine höhere Positionsnummer hat. Dadurch steigt der Gesamtbestand von Arbeitssystem 1 weiter an (Bild 24.4 a). Nach der Bearbeitung von Auftrag 4 sinkt der Bestand an Arbeitssystem 2 unter die Bestandsgrenze (Bild 24.4 b). Es erteilt daher Arbeitssystem 1 die Bearbeitungsfreigabe für Auftrag 1. Weiterhin erhält Arbeitssystem 2 wegen der niedrigeren Positionsnummer die Bearbeitungsfreigabe von Arbeitssystem 1 für Auftrag 5, mit dessen Bearbeitung es sofort beginnt. Dadurch steigt der Gesamtbestand an Arbeitssystem 1 weiter an. Beispiel 3: Auftragsfreigabe mit der DBF

Es gibt zwei grundsätzlich unterschiedliche Möglichkeiten, die Freigabe eines Auftrags für die Fertigung mit der DBF zu regeln (Bild 24.5):

430

24 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung

a) Auftragsfreigabe bei Unterschreiten der Bestandsgrenze

5

11

6

11

b 1 BGAS1 2 3

3

4

c

Nr T Start

BGAS2 1

a1) Fertigstellung Auftrag 1

4

10

5

11

6

11

2

1

AS1

AS2

e 4

BGAS1

3 2

Gesamtbestand [Std]

10

AS2

Gesamtbestand [Std]

4

Gesamtbestand [Std]

Nr T Start

AS1

2

d

1

Gesamtbestand [Std]

3

f

a

1

2

BGAS2 g

1

a2) Freigabe Auftrag 4

b) Auftragsfreigabe bei Bearbeitungsfreigabe a

f 3

5

4

AS2

2

7

AS3

AS1

1 5

1

2

9

1

3

8

9

1

2

9

10

1

3

3 BGAS2 4 5

Nr T Start 1

2

6

8

1

2

7

9

1

3

1

8

9

1

2

2

9

10

1

3

BGAS3

b1) Anfrage und Abweisung der Freigabe für Auftrag 6 AS

: Arbeitssystem

AS3

2

3 BGAS2 4 5

7 BGAS3 1 2

b2) Anfrage und Gewähr der Freigabe für Auftrag 7 BG

T Start : Plan-Starttermin : Lager

e

Gesamtbestand [Std]

8

Gesamtbestand [Std]

6 7

Gesamtbestand [Std]

2

AS2 d

b Nr T Start 1

4

Gesamtbestand [Std]

AS1

c

1

1

, ,

: Bestandsgrenze : Rohmaterial 2 : Aufträge

IFA 10.828

Bild 24.5 Auftragsfreigabe mit der DBF

1. Das Unterschreiten der Bestandsgrenze am ersten Arbeitssystem löst die Freigabe eines Auftrags aus (Bild 24.5 a). Es wird der dringendste Auftrag aus der Liste freizugebender Aufträge freigegeben. Ein derartiges Vorgehen berücksichtigt nicht die Bestandssituation am nachfolgenden Arbeitssystem. 2. Die Aufträge werden erst unmittelbar vor dem Bearbeitungsbeginn am ersten Arbeitssystem freigegeben (Bild 24.5 b). Dies setzt voraus, dass das Arbeitssystem die Bearbeitungsfreigabe schon erhalten hat und das Rohmaterial sehr schnell bereitgestellt werden kann. Hauptvorteil des Verfahrens ist, dass es die Belastungssituation am nachfolgenden Arbeitssystem berücksichtigt. Außerdem reduziert es die Durchlaufzeit am ersten Arbeitssystem auf die Durchfüh-

24.2 Diskussion der Verfahrensregeln

431

rungszeit. Das Verfahren bietet sich insbesondere bei standardisierten Rohmaterialien an. 24.1.2 Bestandsgeregelte Durchfluss-Steuerung Busch schlug schon in den achtziger Jahren eine dezentrale Bestandsregelung als Teil eines umfassenderen Konzeptes zur Produktionsplanung und -steuerung vor [Busc-87]. Danach darf ein Arbeitssystem einen Auftrag bearbeiten, wenn der Bestand am nachfolgenden Arbeitssystem eine definierte Bestandsgrenze nicht unterschreitet. Diese Form der Bestandsregelung unterscheidet sich in zwei wesentlichen Merkmalen von der DBF: Erstens berücksichtigt sie nicht den Indirektbestand, der am Vorgängerarbeitssystem bereits bearbeitet wird. Dies führt bei komplexen Materialflüssen zu erhöhten Bestandsschwankungen (vgl. dazu die Diskussion in [Lödd-01]). Zweitens kann das Verfahren bei Rückflüssen im Materialfluss zur wechselseitigen Blockade von Arbeitssystemen führen. Trotz dieser Nachteile kommt Busch vermutlich das Verdienst zu, das erste dezentrale Verfahren zur Auftragsfreigabe entwickelt zu haben. Es kann in linearen (oder zumindest einfachen und gerichteten) Materialflüssen zudem erfolgreich eingesetzt werden.

24.2 Diskussion der Verfahrensregeln Kennzeichnend für die DBF sind die dezentralen Bestandsregelkreise zwischen den Arbeitssystemen der Fertigung. Die Verfahrensregeln werden nachfolgend anhand der Leitsätze zur Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren erläutert. 1.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte es ermöglichen, den Bestand einer Fertigung bzw. eines Arbeitssystems auf einem definierten Niveau zu regeln. Es ist eine Grundidee der DBF, den Bestand der Arbeitssysteme auf einem definierten Niveau zu regeln. Dadurch wird auch der Bestand der gesamten Fertigung begrenzt. 2.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Bestandsschwankungen auf ein Minimum reduzieren.

Die DBF ist in der Lage, die Bestandsschwankungen der Arbeitssysteme gering zu halten. Dies gilt insbesondere, wenn die Positionsnummern der Arbeitssysteme so vergeben werden (können), dass nur wenige Rückflüsse von Arbeitssystemen mit höherer Positionsnummer zu Arbeitssystemen mit geringerer Positionsnummer entstehen. 3.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige blockierte Bestände verursachen.

Der DBF gelingt es nicht, blockierte Bestände während des Auftragsdurchlaufs vollständig zu vermeiden. Es ist im Gegenteil ein integraler Bestandteil des Ver-

432

24 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung

fahrens, Aufträge zu blockieren, wenn ansonsten ein Bestandsaufbau am nachfolgenden Arbeitssystem resultieren würde. Diese Eigenschaft hat die DBF mit anderen dezentralen Fertigungssteuerungsverfahren gemein. 4.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte zu einem guten zeitlichen Abgleich der Belastung mit der Kapazität beitragen.

Ein zeitlicher Belastungsabgleich beschleunigt oder verzögert die Freigabe oder den Durchlauf von Aufträgen mit dem Ziel, Materialflussabrisse zu vermeiden (Beschleunigung) oder einen Bestandsaufbau zu verhindern (Verzögerung). Belastungsabgleich bei der Auftragsfreigabe: Die DBF gibt Aufträge vorzeitig frei, wenn der Bestand sonst unter den Plan-Bestand fallen würde. Dazu ist ein Vorgriffshorizont zu definieren, der bestimmt, um wie viele Tage Aufträge vorzeitig freigegeben werden dürfen. Umgekehrt hält die DBF Aufträge zurück, deren Plan-Starttermin schon erreicht ist, falls durch ihre Freigabe der Plan-Bestand überschritten würde. Durch beide Eigenschaften unterstützt die DBF einen Belastungsabgleich bei der Auftragsfreigabe. Anders als z. B. die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe berücksichtigt das Verfahren – mit Ausnahme der Beginnarbeitssysteme – jedoch nicht die Belastungssituation einzelner Arbeitssysteme. Die DBF hält daher nicht etwa gezielt diejenigen Aufträge zurück, die schon überlastete Arbeitssysteme durchlaufen würden. Belastungsabgleich beim Durchlauf der Aufträge: Beim Auftragsdurchlauf verhindert die Bestandsgrenze, dass mehr Aufträge eine Bearbeitungsfreigabe erhalten, als das Arbeitssystem kurzfristig bearbeiten kann (Belastungsabgleich durch Aufschiebung der Belastung). Ein Arbeitssystem, dem die Bearbeitungsfreigabe für einen Auftrag verweigert wurde, versucht, diese für andere Aufträge im Bestand zu erhalten. Gelingt dies, wird dadurch ein Auftrag für ein Arbeitssystem vorgezogen, das nicht überlastet ist. An diesem Arbeitssystem können dadurch ggf. Auslastungsverluste verhindert werden (Belastungsabgleich durch Vorziehen der Belastung). 5.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst wenige Reihenfolgevertauschungen verursachen

Durch die Blockade von Aufträgen kann die DBF Reihenfolgevertauschungen verursachen. Es ist allerdings fraglich, ob diese Reihenfolgevertauschungen tatsächlich zu einer Verschlechterung der Termintreue führen: Ein Auftrag, dem die Bearbeitungsfreigabe verweigert wurde, würde bei reihenfolgegemäßer Bearbeitung am Nachfolgerarbeitssystem auf einen hohen Bestand treffen. Dieser kann sich durch die Reihenfolgevertauschung abbauen, so dass der Auftrag in der Regel am Nachfolgerarbeitssystem auf einen niedrigeren Bestand treffen wird. Er wird daher häufig auch nicht später bearbeitet, als dies ohne Reihenfolgevertauschung der Fall sein würde. Kritischer sind dagegen die Reihenfolgevertauschungen zu beurteilen, die aus dem Bestreben resultieren, wechselseitige Blockaden der Arbeitssysteme zu vermeiden. Aufträge, deren nächster Arbeitsvorgang an einem Arbeitssystem mit niedrigerer Positionsnummer bearbeitet wird, werden bevorzugt abgearbeitet, falls die Aufträge mit einer höheren Priorität blockiert sind.

24.3 Festlegung der Verfahrensparameter

433

Insgesamt ist die DBF mit einer Reihenfolgeregel zu kombinieren, die die PlanEndtermine des Auftrags bzw. der Arbeitsvorgänge berücksichtigt. Dadurch können die Auswirkungen der vom Verfahren verursachten Reihenfolgevertauschungen mindestens verringert werden. 6.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte Planabweichungen durch eine Rückstandsregelung ausgleichen können.

Eine Rückstandsregelung ist zwar nicht Teil des Grundverfahrens der DBF. Die Informationen aus der Bestandsregelung liefern jedoch wertvolle Informationen über aktuelle Engpassarbeitssysteme der Fertigung. Erhöht ein Unternehmen – z. B. durch Überstunden – kurzfristig die Kapazität des Engpassarbeitssystems, kann es den Durchsatz der gesamten Fertigung steigern, dadurch einen vorhandenen Rückstand reduzieren und die Termintreue verbessern. Dies ist die Grundidee einer Verfahrenserweiterung der DBF, die in [Lödd-01, Lödd-02] ausführlich beschrieben wird. 7.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte das Engpassprinzip berücksichtigen. Die DBF berücksichtigt das Engpassprinzip mindestens implizit: Der Bestand der Engpassarbeitssysteme nähert sich bei einer hohen Auslastung der Fertigung automatisch der Bestandsgrenze oder überschreitet sie. Grund hierfür ist, dass die Arbeitssysteme vor einem Engpassarbeitssystem einen höheren Durchsatz erzielen könnten. Sie verursachen daher einen Bestandsaufbau am Engpass, bis dessen Bestandsgrenze überschritten wird und der Engpass die Freigabe für weitere Aufträge verweigert. Dadurch verhindert die DBF einen unkontrollierten Bestandsaufbau am Engpassarbeitssystem. Mit jedem Unterschreiten der Bestandsgrenze durch die Abarbeitung eines Auftrags löst der Engpass dann einen Impuls für den Beginn der Auftragsbearbeitung an Vorgängerarbeitssystemen aus. Deswegen muss die DBF an Engpässen grundsätzlich keinen besonders hohen Bestand vorhalten. Die Auslastung wird vielmehr über die taktgebende Funktion der Engpässe gewährleistet. 8.

Ein Fertigungssteuerungsverfahren sollte möglichst einfach sein. Die Verfahrensregeln der DBF wurden bewusst einfach gehalten, um die Umsetzung in die Praxis zu fördern. Eine Umsetzung sollte jedoch durch geeignete Hilfsmittel unterstützt werden. Als Vorbild hierfür könnten Kartensysteme dienen, wie sie bei der Kanban-Steuerung oder bei der Polca-Steuerung verwendet werden.

24.3 Festlegung der Verfahrensparameter Die beiden verfahrensspezifischen Parameter der DBF sind die Bestandsgrenzen und die Positionsnummern der Arbeitssysteme. Darüber hinaus ist der Vorgriffshorizont festzulegen, wenn die Aufträge zum Zwecke eines Belastungsabgleichs schon vor dem Plan-Starttermin freigegeben werden dürfen.

434

24 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung

Die Wahl des Vorgriffshorizonts wird in Abschnitt 18.3 für die Conwip-Steuerung erläutert. Das Vorgehen kann auf die DBF übertragen werden. Der folgende Abschnitt zeigt auf, wie die Höhe der Bestandsgrenze aus der logistischen Zielsetzung mit Hilfe des Trichtermodells festgelegt werden kann (Abschn. 24.3.1). Die Positionsnummern der Arbeitssysteme sind so festzulegen, dass möglichst wenige Rückflüsse entstehen. Wie dies erreicht werden kann, ist Gegenstand von Abschnitt 24.3.2. 24.3.1 Bestandsgrenze Die Bestandsgrenze kann zum einen mit Hilfe der Kennlinientheorie aus einer logistischen Positionierung abgeleitet werden (Abschn. 24.3.1.1). Alternativ oder ergänzend kann sie im Betrieb von den Mitarbeitern festgelegt werden (Abschn. 24.3.1.2). 24.3.1.1 Modellbasierte Festlegung Die Dimensionierung der Bestandsgrenze lässt sich in die beiden Bestandteile Zielbestand und Indirektbestand unterteilen. Es gilt [Lödd-01]:

BG = BZiel + Bm, ind mit

BG BZiel Bm,ind

(24.1)

Bestandsgrenze [Std] Zielbestand [Std] mittlerer Indirektbestand [Std]

Die folgenden Ausführungen beschreiben, wie beide Bestandteile mit Hilfe der Kennlinientheorie festgelegt werden können. Des Weiteren erläutern sie, warum und unter welchen Umständen der tatsächliche Bestand am Arbeitssystem vom Zielbestand abweichen kann. Zielbestand

Der Zielbestand entspricht dem direkten Bestand, der sich an einem Arbeitssystem einstellen soll. Der mittlere Bestand eines Arbeitssystems bestimmt sowohl dessen (bestandsbedingte) Auslastung als auch seine Durchlaufzeit. Die Vorgabe der Zielbestände ist daher von hoher Bedeutung. Sie muss im Rahmen einer logistischen Positionierung für jedes Arbeitssystem durchgeführt werden. Ein geeignetes Hilfsmittel hierzu sind die Produktionskennlinien der Arbeitssysteme, die den Verlauf der Auslastung und der Durchlaufzeit über dem mittleren Bestand eines Arbeitssystems darstellen. Ableitung und Berechnung der Produktionskennlinien sind ausführlich in Abschnitt 3.2.2.3 dargestellt. Indirektbestand

Der Zielbestand allein reicht für die Festlegung der Bestandsgrenze nicht aus. Vielmehr muss auch der Indirektbestand berücksichtigt werden, der an Vorgängerarbeitssystemen bearbeitet wird. Der Indirektbestand eines Arbeitssystems kann mit Hilfe des Durchlaufdiagramms modelliert werden (Bild 24.6). Dazu werden die Zeitpunkte des Bearbei-

24.3 Festlegung der Verfahrensparameter

435

tungsbeginns der Aufträge an den Vorgängerarbeitssystemen gemessen und die zugehörigen Auftragszeiten kumuliert über der Zeit aufgetragen. Die Auftragszeiten werden dabei mit ihrem Arbeitsinhalt am betrachteten Arbeitssystem bewertet und nicht mit dem Arbeitsinhalt an den Vorgängerarbeitssystemen.

IFA G8380b

Bild 24.6 Erweitertes Durchlaufdiagramm eines Arbeitssystems

Der Zeitpunkt des Bearbeitungsendes eines Auftrags an einem Vorgängerarbeitssystem ist im Trichtermodell als Zugangszeitpunkt zum nachfolgenden Arbeitssystem definiert. Daher entspricht im Durchlaufdiagramm die Fläche zwischen der Kurve des indirekten und des direkten Zugangs zum Arbeitssystem der Bestandsfläche des Indirektbestands. Für den Mittelwert des Indirektbestands gilt [Lödd-01, Wien-97b]:

Bm ,ind = mit

FBind P

Bm,ind FBind P

(24.2) mittlerer Indirektbestand [Std] indirekte Bestandsfläche [Std·BKT] Länge des Bezugszeitraums [BKT]

Um den Indirektbestand zu berechnen, sind damit die indirekte Bestandsfläche und die Länge des Bezugszeitraums zu bestimmen. Die indirekte Bestandsfläche ist umso größer, je höher die Durchführungszeiten an den Vorgängerarbeitssystemen und die Auftragszeiten am betrachteten Arbeitssystem sind. Sie berechnet sich zu [Lödd-01]:

FBind =

AnzAVG

∑ (ZAU i =1

mit

FBind ZAUi ZDFi,VgAS AnzAVG

i

⋅ ZDFi ,VgAS

)

indirekte Bestandsfläche [Std⋅BKT] Auftragszeit von Auftrag i [Std] Durchführungszeit von Auftrag i am Vorgängerarbeitssystem [BKT] Anzahl der Arbeitsvorgänge im Bezugszeitraum

(24.3)

436

24 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung

Die Länge des Bezugszeitraums kann bei einem vollständig ausgelasteten Arbeitssystem mit nur einem Arbeitsplatz durch die Summe der Durchführungszeiten der Aufträge ersetzt werden. Wird zudem die bestandsbedingte Auslastung sowie die Anzahl der Arbeitsplätze berücksichtigt, ergibt sich die folgende Gleichung [Lödd-01]: AnzAVG

P=

mit

ZDFi ∑ i 1 =

(24.4)

A ⋅ AAP 100 P ZDFi A AAP

Länge des Bezugszeitraums [BKT] Durchführungszeit von Auftrag i [BKT] bestandsbedingte Auslastung [%] Anzahl Arbeitsplätze [-] Anzahl der Arbeitsvorgänge im Bezugszeitraum [-]

AnzAVG

Für die Berechnung des mittleren Indirektbestands gilt entsprechend [Lödd-01]: AnzAVG

Bm,ind =

(ZAU i ⋅ ZDFi ,VgAS ) ∑ i 1 =

AnzAVG

ZDFi ∑ i 1

⋅ AAP ⋅

A 100

(24.5)

=

mit

Bm,ind ZDFi,VgAS ZAUi ZDFi AAP A AnzAVG

mittlerer Indirektbestand [Std] Durchführungszeit von Auftrag i am Vorgängerarbeitssystem [BKT] Auftragszeit von Auftrag i [Std] Durchführungszeit von Auftrag i [BKT] Anzahl Arbeitsplätze [-] bestandsbedingte Auslastung [%] Anzahl der Arbeitsvorgänge im Bezugszeitraum [-]

Abweichung des Ist-Bestands vom Zielbestand

Der tatsächlich erreichte Ist-Bestand wird vom Zielbestand mehr oder weniger stark abweichen. Die Gründe hierfür sind vielfältig [Lödd-01]: • •

•

An Engpassarbeitssystemen ist die Bestandsgrenze sehr häufig überschritten. Dadurch stellt sich ein höherer mittlerer Bestand ein als geplant. Die Arbeitssysteme erteilen die Bearbeitungsfreigabe auch bei überschrittener Bestandsgrenze, wenn die Positionsnummer des anfragenden Arbeitssystems höher ist als die eigene Positionsnummer. Dadurch kann sich ein höherer Bestand einstellen als geplant. Der Bearbeitungsbeginn am Vorgängerarbeitssystem kann sich verzögern. Dies ist vor allem der Fall, wenn das Vorgängerarbeitssystem einen anderen Auftrag vorziehen und bearbeiten kann, wenn ihm die Bearbeitungsfreigabe

24.3 Festlegung der Verfahrensparameter

•

•

437

für einen Auftrag verweigert wurde. Erhält es während der Bearbeitung dieses Auftrags die Bearbeitungsfreigabe für den zuvor blockierten Auftrag, wird es den aktuellen Auftrag zuerst fertig stellen. Ein verzögerter Bearbeitungsbeginn am Vorgängerarbeitssystem führt zu einem niedrigeren Bestand am betrachteten Arbeitssystem. Unterschiedliche Arbeitszeiten an den Arbeitssystemen (z. B. Einschichtbetrieb am Vorgängerarbeitssystem, Zweischichtbetrieb am betrachteten Arbeitssystem) können Bestandsreduzierungen verursachen. Sie sind ggf. bei der Dimensionierung der Bestandsgrenzen besonders zu berücksichtigen. Bei einer geringen Auslastung der Fertigung werden die Zielbestände grundsätzlich unterschritten, falls die geringe Auslastung nicht bereits in der Dimensionierung der Bestandsgrenze berücksichtigt wurde. Letzteres ist jedoch nicht empfehlenswert. Große Aufträge könnten die resultierenden niedrigen Bestandsgrenzen überschreiten und damit ein hohes Maß an blockierten Beständen verursachen [Lödd-01].

24.3.1.2 Festlegung im Betrieb Alternativ bzw. ergänzend können Mitarbeiter die Bestandsgrenze im Betrieb festlegen. Dazu wird sie zunächst auf einen als ausreichend bekannten Wert gesetzt. Anschließend reduzieren die Mitarbeiter die Bestandsgrenze im Sinne eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses schrittweise, bis die Auslastungsverluste ein tolerierbares Maß überschreiten. Ein derartiges Vorgehen kann die Mitarbeiter motivieren, nach Möglichkeiten zu suchen, die erreichbaren Bestände und Durchlaufzeiten immer weiter abzusenken. Es eignet sich daher besonders für dezentrale Fertigungssteuerungsverfahren. Die mit dem Trichtermodell ermittelte Bestandsgrenze kann dabei als Richtwert dienen. 24.3.2 Positionsnummern Die Positionsnummer kennzeichnet die relative Position eines Arbeitssystems im Materialfluss einer Fertigung. Je höher die Positionsnummer eines Arbeitssystems ist, desto weiter hinten im Materialfluss liegt es im Mittel aller Aufträge. Aufgabe der Positionsnummer ist es, eine gegenseitige Blockade der Arbeitssysteme zu verhindern (vgl. Bild 24.3). Die Arbeitssysteme erteilen die Bearbeitungsfreigabe für einen Auftrag auch bei überschrittener Bestandsgrenze, wenn das nachfragende Arbeitssystem eine höhere Positionsnummer hat. Weil dies die Bestandsregelung (partiell) aufhebt, sind die Positionsnummern so zu vergeben, dass möglichst wenige Rückflüsse entstehen. Ein Rückfluss ist als Materialfluss von einem Arbeitssystem mit höherer Positionsnummer zu einem Arbeitssystem mit niedrigerer Positionsnummer definiert. Die Anzahl der Rückflüsse kann mit Hilfe einer Materialflussmatrix bestimmt werden, in der die Arbeitssysteme in der Reihenfolge ihrer Positionsnummer geordnet sind. Die Materialflussmatrix ergibt sich aus den Aufträgen und den zugehörigen Arbeitsplänen für den Planungszeitraum. In der Materialflussmatrix bezeichnet das Element aij die Anzahl der Aufträge, die von einem Arbeitssystem mit der Positionsnummer i zu einem Arbeitssystem mit der

438

24 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung

Positionsnummer j führen. Die Elemente unterhalb der Diagonalen der Materialflussmatrix bilden die Rückflüsse einer Fertigung ab (Bild 24.7 a).

IFA G7841B

Bild 24.7 Darstellung und Berechnung von Rückflüssen in der Materialflussmatrix

Die Anzahl der Rückflüsse berechnet sich zu [Lödd-01]: n

n

AR = ∑∑ aij mit i > j

(24.6)

i =1 j =1

mit

AR aij

Anzahl Rückflüsse [-] Anzahl Aufträge, die von Arbeitssystem i zu Arbeitssystem j führen [-] Anzahl Arbeitssysteme [-] Zeilenindex [-] Spaltenindex [-]

n i j

Ursprünglich für Simulationsversuche wurde ein Algorithmus entwickelt, der die Anzahl der Rückflüsse – ausgehend von heuristisch bestimmten Startwerten der Positionsnummern – minimiert. Dessen Grundidee besteht darin, die Rückflüsse durch das Verschieben eines Arbeitssystems in der Materialflussmatrix hin zu einer niedrigeren Positionsnummer zu reduzieren. Dem verschobenen Arbeitssystem wird also eine niedrigere Positionsnummer zugeordnet. Die Positionsnummern der Arbeitssysteme, die in der Materialflussmatrix zwischen der alten und der neuen Position des verschobenen Arbeitssystems liegen, erhöhen sich um eins. Für eine mögliche Verschiebung wird die Anzahl der durch das Verschieben vermiedenen Rückflüsse mit der Anzahl der zusätzlichen Rückflüsse verglichen. Die Anzahl der vermiedenen Rückflüsse durch das Verschieben eines Arbeitssystems von der Positionsnummer x zur niedrigeren Positionsnummer y beträgt (vgl. die grau hinterlegten Felder in Bild 24.6 b für ein Verschieben des Arbeitssystems mit der Positionsnummer x = 4 zur Positionsnummer y = 2) [Lödd-01]: x −1

AVR = ∑ a xj j= y

(24.7)

24.4 Unternehmensübergreifender Einsatz

mit

AVR axj j x y

439

Anzahl vermiedener Rückflüsse [-] Anzahl der Aufträge, die von Arbeitssystem x zu Arbeitssystem j führen [-] Spaltenindex [-] ursprüngliche Positionsnummer des betrachteten Arbeitssystems [-] neue Positionsnummer des betrachteten Arbeitssystems [-]

Die Anzahl der zusätzlichen Rückflüsse beträgt (vgl. die grau hinterlegten Felder in Bild 24.6 c für ein Verschieben des Arbeitssystems mit der Positionsnummer x = 4 zur Positionsnummer y = 2) [Lödd-01]: x −1

AZR = ∑ aix

(24.8)

i= y

mit

AZR aix i x y

Anzahl zusätzlicher Rückflüsse [-] Anzahl der Aufträge, die von Arbeitssystem i zu Arbeitssystem x führen [-] Zeilenindex [-] ursprüngliche Positionsnummer des betrachteten Arbeitssystems [-] neue Positionsnummer des betrachteten Arbeitssystems [-]

Ist die Anzahl der vermiedenen Rückflüsse größer als die Anzahl der zusätzlichen Rückflüsse (AVR > AZR), reduziert eine Verschiebung die Anzahl der Rückflüsse. Auf Grundlage der Gln. 24.7 und 24.8 kann ein einfacher Algorithmus programmiert werden, der die Anzahl der Rückflüsse durch das Verschieben von Positionsnummern minimiert. Dieser prüft für jedes Arbeitssystem, ob durch die Vergabe einer niedrigeren Positionsnummer die Anzahl der Rückflüsse reduziert werden kann. Der Algorithmus führt die Verschiebung durch, mit der die Zahl der Rückflüsse am stärksten verringert werden kann. Er wiederholt diesen Vorgang, bis keine Rückflüsse durch ein Verschieben von Arbeitssystemen mehr vermieden werden können. Es empfiehlt sich, mit einem heuristischen Verfahren eine Ausgangslösung für die Zuordnung der Positionsnummern zu den Arbeitssystemen zu bestimmen. Diese kann z. B. aus der mittleren Position eines Arbeitssystems im Arbeitsplan gewonnen werden.

24.4 Unternehmensübergreifender Einsatz Es wäre ungewöhnlich, die DBF unternehmens- oder werksübergreifend einzusetzen. Dies würde sowohl eine sehr enge Lieferbeziehung zwischen den Unternehmen als auch übereinstimmende Fertigungslosgrößen voraussetzen. Des Weiteren müsste der Transport bei der Dimensionierung der Bestandsgrenzen der Arbeitssysteme, oder ggf. sogar als eigenes Arbeitssystem, berücksichtigt werden.

440

24 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung

24.5 Anwendung Für das Anwendungsgebiet der DBF gelten grundsätzlich die gleichen Aussagen wie für die Polca-Steuerung (vgl. dazu die ausführlicheren Erläuterungen in Abschnitt 23.5). Im Unterschied zur Polca-Steuerung kann die DBF jedoch auch in komplexen Materialflüssen eingesetzt werden. Das Verfahren wurde bislang noch nicht in der Praxis angewendet. Simulationsversuche mit Simulationsmodellen realer Fertigungsbereiche belegen jedoch die grundsätzliche Eignung der DBF für industrielle Anwendungen [Lödd-01]. Hierfür sprechen auch die erfolgreichen Anwendungen verwandter Verfahren wie der Polca-Steuerung oder der Bestandsgeregelten Durchfluss-Steuerung. Die Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung schließt die Verfahren der Auftragsfreigabe ab. Der folgende Buchteil ist der Reihenfolgebildung gewidmet.

Teil D

Reihenfolgebildung

25.1

Reihenfolgeregeln zur Erhöhung der Liefertreue............................... 445

25.2

Reihenfolgeregel zur Erhöhung des Servicegrads.............................. 447

25.3

Reihenfolgeregeln zur Erhöhung der Leistung .................................. 449

25.4

Kürzeste Operationszeit-Regel (KOZ)............................................... 452

25.5

Reihenfolgedisziplin .......................................................................... 456

25 Reihenfolgebildung

Die Aufgabe der Reihenfolgebildung ist einfach zu beschreiben: Sie bestimmt, welcher Auftrag in der Warteschlange eines Arbeitssystems als nächstes bearbeitet werden soll. Dazu ordnet sie jedem Auftrag nach definierten Kriterien eine Priorität zu. Der Auftrag mit der höchsten Priorität ist am dringendsten und wird – falls sich der Mitarbeiter am Arbeitssystem an die Reihenfolgeregel hält – als erstes bearbeitet. Primäre Aufgabe der Reihenfolgebildung ist es, die Ist-Reihenfolge, in der die Aufträge fertig gestellt werden, an die Plan-Reihenfolge anzupassen, um so eine hohe Termintreue bzw. einen hohen Servicegrad sicher zu stellen (Bild 25.1).

IFA 11.244

Bild 25.1 Einordnung der Reihenfolgebildung in das Fertigungssteuerungsmodell

Der Einfluss der Reihenfolgebildung auf die logistische Zielerreichung ist umso höher, je höher der Bestand am Arbeitssystem ist und je mehr Aufträge die Warteschlange bilden [Wien-97b]. Mit dem Bestreben, die Umlaufbestände zu senken, nimmt daher die Bedeutung der Reihenfolgebildung tendenziell ab. Auch bei einem angemessenen Bestandsniveau können jedoch einzelne Aufträge durch Reihenfolgevertauschungen stark beschleunigt oder verzögert werden [Yu-01]. Der Einfluss auf die Mittelwerte ist jedoch eher gering [Wien-97b].

444

25 Reihenfolgebildung

Spätestens seit der Pionierarbeit von Conway, Maxwell und Miller [Conw-67] gehört die Reihenfolgebildung zu den klassischen Gebieten der Fertigungssteuerung. Seitdem ist eine unübersehbare Vielzahl von Reihenfolgeregeln entwickelt, veröffentlicht und diskutiert worden. Die praktische Bedeutung vieler dieser Reihenfolgeregeln ist eher zweifelhaft. Letztlich bietet sich für die Wahl der Reihenfolgeregel nur wenig Entscheidungsspielraum. Fehler in vorausgegangenen Schritten der Produktionsplanung und -steuerung kann sie zudem nur in Grenzen ausgleichen. Überspitzt formuliert: In der Praxis ist es häufig die größere und lohnendere Herausforderung, eine willkürliche Reihenfolgebildung mit ihren überaus negativen Auswirkungen auf die Liefertreue zu verhindern, als eine spezielle Reihenfolgeregel X zu finden, die ein nicht immer nachvollziehbares Zielkriterium Y besser erfüllt als die meist nur Experten bekannte Reihenfolgeregel Z. Angesichts dieser Kritik ist jedoch zu berücksichtigen, dass viele Autoren die Reihenfolgeregeln nicht für die tatsächliche Reihenfolgebildung in der Fertigung entwickelt haben, sondern als heuristisches Verfahren für die Feinterminierung von Aufträgen (vgl. Kap. 4). Dieser Anwendungsfall von Reihenfolgeregeln in der Produktionsplanung soll hier jedoch explizit ausgeschlossen werden. Es soll daher nicht der Versuch unternommen werden, die wohl in die Hunderte gehende Anzahl von Reihenfolgeregeln zu systematisieren und zu bewerten. Stattdessen wird in Abhängigkeit von den logistischen Zielgrößen eine kleine Auswahl sinnvoll erscheinender Reihenfolgeregeln diskutiert. Den mit Abstand größten Einfluss haben Reihenfolgeregeln auf die Termintreue einer Fertigung. Reihenfolgeregeln, die die Termintreue fördern oder zumindest nicht negativ beeinflussen, werden in Abschnitt 25.1 beschrieben. In einer Lagerfertigung ist der Servicegrad die aus Kundensicht bestimmende logistische Zielgröße. Reihenfolgeregeln, die die Lagerabgänge nach der Auftragserzeugung berücksichtigen, können den Servicegrad positiv beeinflussen (Abschn. 25.2). In bestimmten Fällen kann die Reihenfolgebildung den Ist-Abgang und damit die Leistung erhöhen (vgl. den gestrichelten Pfeil in Bild 25.1). Derartige Reihenfolgeregeln sind Gegenstand von Abschnitt 25.3. Bei ihrer Anwendung ist grundsätzlich der Zielkonflikt mit der Termintreue zu beachten. Seit der Arbeit von Conway, Maxwell und Miller gilt die Kürzeste Operationszeit-Regel als einfache Reihenfolgeregel, die Bestand, Durchlaufzeit und Termintreue positiv beeinflusst. Abschnitt 25.4 diskutiert die Annahmen, auf denen diese Einschätzung beruht und zeigt auf, warum die Anwendung dieser Reihenfolgeregel allenfalls in Ausnahmefällen sinnvoll ist. Das Kapitel endet mit einer Diskussion der Reihenfolgedisziplin (Abschn. 25.5). Insbesondere werden Kennzahlen eingeführt, mit denen die Reihenfolgedisziplin gemessen werden kann.

25.1 Reihenfolgeregeln zur Erhöhung der Liefertreue

445

25.1 Reihenfolgeregeln zur Erhöhung der Liefertreue Die Liefertreue ist die logistische Zielgröße, auf die die Reihenfolgebildung den größten Einfluss hat. Dieser Einfluss kann in beide Richtungen ausgeübt werden. Eine willkürliche Reihenfolgebildung führt zu einer Verschlechterung der Liefertreue. Reihenfolgeregeln, die die geplante Reihenfolge berücksichtigen, können Plan-Abweichungen ausgleichen und damit die Liefertreue verbessern. Im Folgenden werden vier Reihenfolgeregeln mit einem positiven Einfluss auf die Liefertreue diskutiert: • • • •

First in - First out (FIFO, Abschn. 25.1.1) frühester Plan-Starttermin (Abschn. 25.1.2) frühester Plan-Endtermin (Abschn. 25.1.3) geringster Restschlupf (Abschn. 25.1.4)

25.1.1 First in - First out (FIFO) Bei Anwendung der FIFO-Regel werden die Aufträge in der Reihenfolge abgearbeitet, in der sie am Arbeitssystem eintreffen. Die FIFO-Regel vermeidet also Reihenfolgevertauschungen und wird daher auch als natürliche Reihenfolgeregel bezeichnet [Wien-97b, Nyhu-99]. Die FIFO-Regel hat zwei wichtige Vorteile: Sie führt zum einen zu einer niedrigen Streuung der Durchlaufzeiten in der Fertigung [Wien-97b]. Dadurch kann die Produktionsplanung die Durchlaufzeiten gut abschätzen, was sich positiv auf die Liefertermintreue auswirkt. Zum anderen kann die FIFO-Regel einfacher durchgesetzt werden als andere Reihenfolgeregeln. Es gibt physische Hilfsmittel – wie etwa ein Durchlaufregal –, die die Bearbeitung der Aufträge in der Reihenfolge ihres Eintreffens erzwingen. Der Vorteil der niedrigen Durchlaufzeitstreuung geht jedoch mit Nachteilen einher. So ist die FIFO-Regel nicht in der Lage, Plan-Abweichungen auszuregeln, indem sie etwa den Durchlauf verspätet freigegebener Aufträge beschleunigt. Sie lässt damit das vorhandene Potenzial der Reihenfolgebildung ungenutzt. Des Weiteren erzwingt sie Standarddurchlaufzeiten auch dann, wenn die Produktionsplanung unterschiedliche Plan-Durchlaufzeiten vorgesehen hat. Sie sollte daher nicht zusammen mit Terminierungsverfahren eingesetzt werden, die Reihenfolgevertauschungen einplanen. 25.1.2 Frühester Plan-Starttermin (FPS) Die FPS-Regel erteilt dem Auftrag mit dem frühesten Plan-Starttermin des Arbeitsvorgangs am Arbeitssystem die höchste Priorität. Die Reihenfolgeregel zielt darauf ab, die Aufträge in der geplanten Reihenfolge zu bearbeiten. Sie kann PlanAbweichungen einzelner Aufträge (in Grenzen) ausgleichen und beschleunigt dazu z. B. den Durchlauf von Aufträgen, die wegen Materialmangels verspätet freigegeben wurden. Sie verursacht in diesen Fällen Reihenfolgevertauschungen. Physische Maßnahmen zur Durchsetzung der Reihenfolgedisziplin können daher nicht so einfach umgesetzt werden wie bei der Abfertigung nach der FIFO-Regel.

446

25 Reihenfolgebildung

Die FPS-Regel setzt voraus, dass die Produktionsplanung einen PlanStartzeitpunkt für jeden Arbeitsvorgang bestimmt und an die Mitarbeiter kommuniziert. Dies ist in vielen Unternehmen nicht der Fall. Die Auftragsbegleitpapiere erhalten häufig lediglich den Plan-Endtermin der Arbeitsvorgänge, der ebenfalls zur Reihenfolgebildung verwendet werden kann (vgl. dazu den folgenden Abschnitt). 25.1.3 Frühester Plan-Endtermin (FPE) Die FPE-Regel1 weist dem Auftrag mit dem frühesten Plan-Endtermin des Arbeitsvorgangs am Arbeitssystem die höchste Priorität zu. Sie unterscheidet sich nur in bestimmten Fällen von der FPS-Regel: •

Bei einer Feinterminierung in die begrenzte Kapazität unterscheidet sich die FPE-Regel an Einzelarbeitssystemen nicht von der FPS-Regel: Aufträge mit einem früheren Plan-Starttermin haben dann auch einen früheren PlanEndtermin. Bei Arbeitssystemen mit mehreren parallel angeordneten Arbeitsplätzen unterscheiden sich die Reihenfolgen, wenn die Auftragszeiten streuen. Eine Terminierung mit unbegrenzter Kapazität kann zwei Aufträgen auch an Einzelarbeitssystemen den gleichen Plan-Endtermin zuweisen. In diesem Fall hätte nach der Plan-Starttermin Regel der Auftrag mit der größeren Auftragszeit die höhere Priorität, während die FPE-Regel beiden Aufträgen die gleiche Priorität zuordnete.

•

Die FPE-Regel kann häufig etwas einfacher umgesetzt werden als die FPSRegel, da die Plan-Endtermine der Arbeitsvorgänge vielfach bereits auf den Auftragsbegleitscheinen vermerkt sind. Aus theoretischer Sicht führt die FPS-Regel jedoch zu (leicht) besseren Ergebnissen hinsichtlich der Termintreue. 25.1.4 Geringster Restschlupf Die Schlupfzeitregel erteilt dem Auftrag mit dem kleinsten Schlupf die höchste Priorität. Der Schlupf bezeichnet die Zeitdauer bis zum Plan-Fertigstellungstermin des Auftrags, die nicht für die Bearbeitung oder für eventuelle Mindestübergangszeiten benötigt wird. Er berechnet sich damit zu:

Schlupf = TAE Plan − TP0 −

AnzAVG

∑

i = AktAVG

mit

1

Schlupf TAEPlan TP0 ZDFi

ZDFi −

AnzAVG

∑ ZUE

min, i

(25.1)

i = AktAVG +1

Schlupfzeit [BKT] Plan-Bearbeitungsende des Auftrags [BKT] Planungszeitpunkt [BKT] Durchführungszeit des i-ten Arbeitsvorgangs [BKT]

In der englischsprachigen Literatur wird die Regel als Earliest-Operation-Due-Date (EODD) bezeichnet. Sie ist von der häufig aufgeführten Earliest-Due-Date-Regel zu differenzieren. Diese legt die Priorität auf der Grundlage des Plan-Endtermins des gesamten Auftrags fest.

25.2 Reihenfolgeregel zur Erhöhung des Servicegrads

ZUEmin,i AktAVG AnzAVG

447

Mindestübergangszeit des i-ten Arbeitsvorgangs [BKT] Index des aktuellen Arbeitsvorgangs [-] Anzahl der Arbeitsvorgänge des Auftrags [-]

Ist der Schlupf negativ, wird der Auftrag verspätet fertig gestellt werden, wenn der Auftrag nicht überlappt gefertigt wird. Die Verspätung wird dann mindestens dem Betrag des Schlupfes entsprechen. Bei einem Schlupf von Null kann der Auftrag noch pünktlich fertig gestellt werden, wenn er an jedem Arbeitssystem unmittelbar nach seinem Eintreffen bearbeitet wird. Dies ist in der Praxis jedoch allein deshalb unwahrscheinlich, weil die Arbeitssysteme bei Eintreffen des Auftrags in der Regel bereits mit einem anderen Auftrag belegt sind. Ist der Schlupf positiv, kann der Auftrag auch dann noch pünktlich fertig gestellt werden, wenn er an den Arbeitssystemen auf die Bearbeitung warten muss. Die Summe dieser Wartezeiten darf den Schlupf jedoch nicht übertreffen. Die Grundidee der Schlupfzeitregel ist, dass Verzögerungen bei einem Auftrag mit geringem Schlupf eher zu einer verspäteten Fertigstellung führen als bei Aufträgen mit einem hohen Schlupf. Damit berücksichtigt die Schlupfzeitregel die Möglichkeit künftiger Verzögerungen oder Störungen bei der Reihenfolgebildung. Gegenüber der Reihenfolgebildung nach dem Frühesten Plan-Starttermin (Abschn. 25.1.2) hat die Schlupfzeitregel einen Nachteil: Sie verursacht ggf. auch dann Reihenfolgevertauschungen, wenn keine Planabweichungen vorliegen. Nach der Auftragsfreigabe hat ein Auftrag in der Regel viel Schlupf und daher eine niedrige Priorität. Andere Aufträge werden daher auch dann vorgezogen, wenn sie gegenüber der Planung nicht verzögert sind. Im Laufe der Zeit gerät der Auftrag damit gegenüber der Planung in Verzug und gewinnt gleichzeitig an Priorität. Gegen Ende des Durchlaufs wird der Auftrag beschleunigt abgearbeitet, weil der Schlupf geringer wird. Ein guter Teil der Reihenfolgevertauschungen der Schlupfzeitregel dient also lediglich dazu, die Folgen vorher durchgeführter Reihenfolgevertauschungen wieder auszugleichen. Dieser Effekt ist umso größer, je komplexer der Materialfluss ist. Die Schlupfzeitregel eignet sich daher nicht dazu, einen Produktionsplan exakt umzusetzen. Varianten der Schlupfzeitregel beziehen den Schlupf auf die Anzahl der verbleibenden Arbeitsvorgänge oder auf die Summe der verbleibenden Durchführungszeiten (vgl. Gl. 25.4). Sie nähern sich dadurch der Abarbeitung nach dem frühesten Plan-Starttermin an.

25.2 Reihenfolgeregel zur Erhöhung des Servicegrads Reihenfolgeregeln können in einer Lagerfertigung den Servicegrad erhöhen. Dazu berücksichtigen sie die Lagerabgänge, die nach dem Unterschreiten des Bestellbestands eingehen. Grundidee ist es, Aufträge zu beschleunigen, bei denen die Nachfrage während der Wiederbeschaffungszeit die geplante Nachfrage übertrifft. Dadurch kann eine negative Korrelation zwischen der Nachfrage und der Wiederbeschaffungszeit erreicht werden. Das heißt, die Wiederbeschaffungszeit ist ten-

448

25 Reihenfolgebildung

denziell umso kürzer, je höher die tatsächliche Nachfrage im Vergleich zur geplanten Nachfrage ausfällt. Dadurch kann ein höherer Servicegrad erreicht werden als mit Reihenfolgeregeln, die die Nachfrage während der Wiederbeschaffungszeit nicht berücksichtigen. Eine geeignete Prioritätskennzahl lässt sich direkt aus Schönslebens Kapazitätsorientierter Materialbewirtschaftung (Korma, vgl. Kap. 11) und der darin enthaltenen Wahrscheinlichen Terminierung ableiten. Dazu wird die Zeitdauer berechnet, in der der Lagerbestand den Sicherheitsbestand voraussichtlich unterschreiten wird und auf die Summe der verbleibenden Durchführungszeiten des Auftrags bezogen. Die Prioritätskennzahl und die Reihenfolgeregel werden nachfolgend als Flussgrad Wahrscheinliche Terminierung bezeichnet.2

FGWT 1 =

BL − SB BRm AnzAVG

∑ ZDFm,i

(25.2)

i = AktAVG

mit

FGWT1 BL SB BRm ZDFm,i AktAVG AnzAVG

Flussgrad Wahrscheinliche Terminierung (Variante 1) [-] Lagerbestand [ME] Sicherheitsbestand [ME] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] mittlere Durchführungszeit des i-ten Arbeitsvorgangs [BKT] Index des aktuellen Arbeitsvorgangs [-] Anzahl der Arbeitsvorgänge des Auftrags [-]

Der Auftrag mit der niedrigsten Prioritätskennzahl hat die höchste Priorität und wird dementsprechend als erstes bearbeitet. Alternativ kann die folgende Prioritätskennzahl verwendet werden (vgl. Kap. 11):

FGWT 2 =

BL BRm AnzAVG

∑ ZDFm,i

(25.3)

i = AktAVG

mit

FGWT2 BL BRm ZDFm,i AktAVG AnzAVG

2

Flussgrad Wahrscheinliche Terminierung (Variante 2) [-] Lagerbestand [ME] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT] mittlere Durchführungszeit des i-ten Arbeitsvorgangs [BKT] Index des aktuellen Arbeitsvorgangs [-] Anzahl der Arbeitsvorgänge des Auftrags [-]

Die Gleichung setzt voraus, dass sich für keine der Varianten weitere Nachfertigungsaufträge in der Fertigung befinden. Andernfalls sind die offenen Lagereingänge der Aufträge zu berücksichtigen, deren Fertigungsfortschritt schon weiter fortgeschritten ist.

25.3 Reihenfolgeregeln zur Erhöhung der Leistung

449

Beide Prioritätskennzahlen berücksichtigen den aktuellen Lagerbestand einer Variante und den Fertigungsfortschritt des Wiederbeschaffungsauftrags. Die Anwendung der Reihenfolgeregel setzt eine detaillierte und aktuelle Erfassung des Fertigungsfortschritts sowie der Lagerbestände voraus. Dies kann bei einer hohen Variantenvielfalt nur über elektronische Informationssysteme sichergestellt werden. In einer Mischfertigung, in der ein Teil der Varianten auf Lager gefertigt wird und ein anderer Teil kundenbezogen, sind die Lager- und Kundenaufträge zu koordinieren. Für die Kundenaufträge kann dann die folgende Prioritätskennzahl berechnet werden. Sie wird in der Literatur als Critical Ratio bezeichnet:

CR =

TAE Plan − TP0 AnzAVG

∑ ZDFm,i

(25.4)

i = AktAVG

mit

CR TAEPlan TP0 ZDFm,i AktAVG AnzAVG

Critical Ratio [-] Plan-Bearbeitungsende des Auftrags [BKT] Planungszeitpunkt [BKT] mittlere Durchführungszeit des i-ten Arbeitsvorgangs [BKT] Index des aktuellen Arbeitsvorgangs [-] Anzahl der Arbeitsvorgänge des Auftrags [-]

Sollen Kundenaufträge gegenüber Lageraufträgen eine höhere Priorität genießen, kann dies z. B. durch die Einführung eines Faktors in Gl. 25.4 berücksichtigt werden.

25.3 Reihenfolgeregeln zur Erhöhung der Leistung Es sollten grundsätzlich keine übersteigerten Erwartungen an die möglichen positiven Auswirkungen von Reihenfolgeregeln auf die Leistung gerichtet werden. Mindestens zwei Reihenfolgeregeln üben jedoch einen positiven Einfluss aus: Die wohl beste Möglichkeit ergibt sich für den Fall reihenfolgeabhängiger Rüstzeiten. Hier bietet sich eine rüstzeitoptimierende Reihenfolgeregel an (Abschn. 25.3.1). Die schon in den sechziger Jahren untersuchte Reihenfolgeregel Extended Work in Next Queue (XWINQ) nutzt die Möglichkeiten eines dezentralen Belastungsabgleichs (Abschn. 25.3.2). 25.3.1 Rüstzeitoptimierende Reihenfolgebildung Ziel der rüstzeitoptimierenden Reihenfolgebildung ist es, Rüstzeiten und damit Rüstkosten durch eine geeignete Reihenfolgebildung zu reduzieren. Voraussetzung dafür ist, dass die Rüstzeiten mindestens eines Teils der Aufträge reihenfolgeabhängig sind, d. h. von der Sachnummer des vorher bearbeiteten Auftrags abhängen. Durch eine rüstzeitoptimierende Reihenfolgebildung kann die verfügbare Kapazität eines Arbeitssystems erhöht werden. Ist das Arbeitssystem Durchsatz-

450

25 Reihenfolgebildung

engpass der Fertigung, gilt dies sogar für die gesamte Fertigung. In diesem Fall kann sich eine rüstzeitoptimierende Reihenfolgebildung sogar positiv auf die Termintreue auswirken, wenn sie den Rückstand der Fertigung reduziert. In der Praxis relevant sind reihenfolgeabhängige Rüstzeiten vor allem dann, wenn eine Gruppe von Varianten mit der gleichen Aufspannung gefertigt werden kann. Ein Beispiel ist etwa die Leiterplattenherstellung, in der Unternehmen häufig verschiedene Leiterplattenformate fertigen. Einige Maschinen müssen umgerüstet werden, wenn das Format gewechselt wird. Innerhalb eines Formats können verschiedene Aufträge jedoch ohne Rüsten bearbeitet werden. Verwandte Beispiele finden sich in vielen Industrien. Die Gefahr der rüstzeitoptimierenden Reihenfolgebildung besteht darin, Aufträge unverhältnismäßig lange zu verzögern, für deren Bearbeitung eine zeitraubende Umrüstung erforderlich wäre. Dies muss durch geeignete Maßnahmen verhindert werden. Möglichkeiten hierzu sind:

• • •

Feste Reihenfolgezyklen: Das Unternehmen legt einen festen Zyklus fest, in dem sich die Fertigung der verschiedenen Rüstgruppen wiederholt (z. B. A-BA-C-A-B). Mindestauflagehäufigkeit: Für jede Rüstgruppe wird bestimmt, wie häufig sie mindestens aufgelegt wird (z. B. täglich oder alle zwei Tage). Grenzen für die Belastungsverschiebung: Das Unternehmen legt einen Vorgriffshorizont fest, innerhalb dessen Aufträge vorzeitig bearbeitet werden dürfen. Analog kann es maximale Verspätungen für Aufträge festlegen. Ist die maximale Verspätung eines Auftrags überschritten, erhält er eine höhere Priorität als alle Aufträge, für die dies noch nicht der Fall ist.3

Neben dem Zielkonflikt mit der Liefertermintreue läuft eine rüstzeitoptimale Reihenfolgebildung dem Ziel einer Bestandsreduzierung entgegen. Damit das Potenzial reihenfolgeabhängiger Rüstzeiten ausgeschöpft werden kann, ist ein ausreichend großer Vorrat an Aufträgen erforderlich. Um einen ungeregelten Bestandsaufbau zu verhindern, sollten Unternehmen die dazu erforderliche Bestandshöhe genau festlegen. In jedem Fall sollte das Unternehmen abwägen, ob die Vorteile einer rüstzeitoptimierenden Reihenfolgebildung die Nachteile eines höheren Steuerungsaufwands, höherer Bestände und längerer und stärker streuender Durchlaufzeiten am Arbeitssystem übertreffen. Wirksamer als eine rüstoptimierende Reihenfolgebildung ist – falls möglich – eine Reduzierung der Rüstzeit. Dieser Aspekt wird insbesondere von der japanischen Produktionsphilosophie betont. Gelingt eine starke Rüstzeitreduzierung, ist eine rüstzeitoptimierende Reihenfolgebildung meist nicht mehr erforderlich.

3

Dies kann problematisch sein, wenn das Arbeitssystem gegenüber der Plan-Leistung in Rückstand gerät. In einer derartigen Situation könnte die Rüstzeitoptimierung dazu beitragen, den Rückstand zu reduzieren. Dies wird jedoch durch die nicht rüstoptimierende Fertigung verspäteter Aufträge verhindert.

25.3 Reihenfolgeregeln zur Erhöhung der Leistung

451

25.3.2 Extended Work in Next Queue (XWINQ) Die XWINQ-Regel wurde von Conway, Maxwell und Miller in den sechziger Jahren vorgeschlagen und in Simulationsversuchen evaluiert [Conw-67]. Ein Ziel der Reihenfolgebildung ist es, Materialflussabrisse an nachfolgenden Arbeitssystemen zu vermeiden. Kriterium für die Vergabe der Prioritäten ist der aktuelle Bestand am nachfolgenden Arbeitssystem zuzüglich des Bestandes, der an Vorgängerarbeitsystemen bereits in Bearbeitung ist. Je niedriger der Bestand ist, desto höher ist die Priorität des zugehörigen Auftrags. Die Reihenfolgeregel sei anhand eines Beispiels erläutert (Bild 25.2). In einer Fertigung mit vier Arbeitssystemen habe Arbeitssystem 1 gerade die Bearbeitung eines Auftrags abgeschlossen. In der Warteschlange befinden sich die Aufträge 6 und 7, die nach der Fertigstellung an Arbeitssystem 1 an den Arbeitssystemen 3 (Auftrag 7) und 4 (Auftrag 6) bearbeitet werden. Der Bestand an Arbeitssystem 3 beträgt 3 Stunden. Entsprechend erhält Auftrag 7 die Prioritätskennzahl 3. Im Gesamtbestand von Arbeitssystem 4 befinden sich die Aufträge 2 und 4 als Direktbestand sowie zusätzlich Auftrag 5 als Indirektbestand.

IFA 10.906

Bild 25.2 Funktionsweise der XWINQ-Reihenfolgeregel (Beispiel)

452

25 Reihenfolgebildung

Auftrag 6 erhält die Prioritätskennzahl 4,5. Folglich hat Auftrag 7 die höhere Priorität und wird als erstes bearbeitet. Die Reihenfolgeregel führt zu einem Belastungsabgleich und kann sich daher positiv auf Auslastung und Bestand der Fertigung auswirken. Mögliche Nachteile der Reihenfolgeregel sind:

•

•

• • •

Bei einer unterschiedlichen Anzahl von Maschinen je Arbeitssystem und bei unterschiedlichen Betriebszeiten der Arbeitssysteme (z. B. 1-Schicht / 2Schicht-Betrieb) ist der Bestand kein geeignetes Kriterium, um die Gefahr eines Materialflussabrisses abzuschätzen. Statt des Bestands sollte in diesen Fällen die Bestandsreichweite verwendet werden (vgl. Kap. 3 zur Definition der Reichweite). Die Reihenfolgeregel differenziert nicht zwischen Engpass- und Nichtengpassarbeitssystemen. Sie eignet sich daher vornehmlich für Fertigungen mit ausgeglichenen Auslastungen. Bei einem definierten Engpassarbeitssystem ist die Reihenfolgeregel anzupassen. Die XWINQ-Regel lässt Plan-Termine der Aufträge unberücksichtigt. Sie ist daher mit einem Terminkriterium zu kombinieren. Die Reihenfolgeregel eignet sich grundsätzlich nur für komplexe Materialflüsse. In einem linearen Materialfluss teilt sie allen Aufträgen die gleiche Priorität zu. Die XWINQ-Regel setzt voraus, dass die Mitarbeiter der Fertigung über die aktuellen Bestände an den möglichen Nachfolgerarbeitssystemen sowie über Aufträge, die sich an deren Vorgängerarbeitssystemen in Bearbeitung befinden, informiert sind. Sie stellt damit relativ hohe Anforderungen an die Betriebsdatenerfassung.

25.4 Kürzeste Operationszeit-Regel (KOZ) Die KOZ-Regel wurde intensiv von Conway, Maxwell und Miller untersucht [Conw-67]. Sie erteilt dem Auftrag mit der niedrigsten Auftragszeit die höchste Priorität. Simulationsversuche zeigen, dass mit der KOZ-Regel im Vergleich zu anderen Reihenfolgen

• • • •

niedrige Bestände, kurze mittlere Durchlaufzeiten, eine niedrige mittlere Verspätung der Aufträge und eine hohe Liefertreue

erzielt werden [Conw-67]. Als Nachteil der Reihenfolgeregel identifiziert das Autorentrio die hohe Streuung der Durchlaufzeiten, die eine extreme Verspätung einzelner Aufträge verursacht.4 Insgesamt empfehlen die Autoren die KOZ-Regel

4

Dieser Nachteil kann ggf. dadurch verringert werden, dass den Aufträgen nach einer bestimmten Wartezeit automatisch eine sehr hohe Priorität zugeordnet wird.

25.4 Kürzeste Operationszeit-Regel (KOZ)

453

jedoch nachdrücklich. Auch anerkannte Lehrbücher schließen sich dieser grundsätzlich positiven Einschätzung der KOZ-Regel an. Kritisch beurteilen hingegen Wiendahl und Nyhuis die KOZ-Regel [Wien-97b, Nyhu-99]. Sie weisen zum einen darauf hin, dass der behauptete positive Einfluss der Reihenfolgeregel stark vom Bestandsniveau abhängt. Bei den in der Praxis angestrebten niedrigen Beständen verliert die Reihenfolgeregel an Wirksamkeit. Sie leiten zur Erläuterung eine Näherungsgleichung für den Effekt auftragszeitabhängiger Reihenfolgeregeln auf Durchlaufzeit und Bestand ab (vgl. Bild 25.3).

IFA C2354Yu

Bild 25.3 Einfluss auftragszeitabhängiger Reihenfolgeregeln auf die mittlere Durchlaufzeit (Nyhuis/Wiendahl)

Zum anderen kritisieren sie die Aussagekraft der Kenngröße mittlere (ungewichtete) Durchlaufzeit, die kleinen und damit mindestens in der Tendenz häufig auch unwichtigeren Aufträgen die gleiche Bedeutung beimisst wie großen Aufträgen. Gewichtet man die Aufträge bei der Berechnung des Mittelwertes mit ihren Auftragszeiten, verschwinden die Unterschiede in den mittleren Durchlaufzeiten, die mit den verschiedenen Reihenfolgeregeln erzielt werden. Die Kritik von Wiendahl und Nyhuis soll im Folgenden noch ausgebaut werden: Zwar ist die Durchlaufzeit eine sehr wichtige logistische Zielgröße. Ihre Bedeutung resultiert aber vor allem aus ihrem Einfluss auf die Lieferzeiten. Bei gegebenen Plan-Lieferzeiten (hiervon ist nach der Auftragsfreigabe auszugehen) verliert die Durchlaufzeit daher an Bedeutung. Der Kunde nimmt nach der Bestellung nur noch wahr, ob der Auftrag pünktlich geliefert wurde. Eine vorzeitige Lieferung honoriert er nur in Ausnahmefällen. Häufig lehnt er sie sogar ab. Die gemessenen kürzeren Durchlaufzeiten hätten daher nur dann eine Bedeutung, wenn das Unternehmen kürzere Lieferzeiten zusagen könnte. Dies ist aufgrund der hohen Streuung der Durchlaufzeiten jedoch kaum möglich. Sie sind daher für den wirtschaftlichen Erfolg des Unternehmens meist bedeutungslos.

454

25 Reihenfolgebildung

Die vermeintliche logistische Vorteilhaftigkeit der KOZ-Regel wird vollends fragwürdig, wenn der Rückstand eines Arbeitssystems bzw. einer Fertigung mit in die Analyse einbezogen wird. Dazu seien zwei Fälle unterschieden: Eine Fertigung mit Rückstand und eine Fertigung ohne Rückstand. Fertigung mit Rückstand

Ist die Fertigung bzw. ein Arbeitssystem in Rückstand, hält die KOZ-Regel große Aufträge zurück. Der Rückstand verteilt sich damit auf wenige große Aufträge; viele kleine Aufträge können dagegen pünktlich oder sogar vorzeitig ausgeliefert werden. Über den Sinn einer derartigen Verteilung der Terminabweichung lässt sich wie bei der Durchlaufzeit streiten. Im Endergebnis wirkt die KOZ-Regel positiv auf die gemessene Kennzahl Liefertermineinhaltung oder mittlere Verspätung. Dies wird in Tabelle 25.1 deutlich, in der beispielhaft für ein Arbeitssystem die Ergebnisse der Abfertigung von Aufträgen nach der Frühesten PlanstartterminRegel und nach der Kürzesten Operationszeit-Regel dargestellt sind. Tabelle 25.1 Vergleich der FPS-Regel und der KOZ-Regel an einem Arbeitssystem mit Rückstand

Nr. [-] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Eingangsdaten der Simulation

Simulation FPS

Auftragszeit [Std]

ZDL FPS [Std]

TBE KOZ [Std]

ZDL KOZ [Std]

Reihenf. KOZ [Std]

30 40 55 60 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65

30 45 60 35 135 110 65 75 90 165 245 170 195 175 205 325 270 250 290 275

30 45 60 35 115 70 20 20 20 65 105 25 30 5 25 110 35 10 35 15

1 3 4 2 9 8 5 6 7 10 15 11 13 12 14 20 17 16 19 18

TBEV

TBEPlan

[Std]

[Std]

TBE FPS [Std]

0 0 0 0 20 40 45 55 70 100 140 145 165 170 180 215 235 240 255 260

15 25 40 45 70 90 95 105 120 150 190 195 215 220 230 265 285 290 305 310

30 40 55 60 85 105 110 120 135 165 205 210 230 235 245 280 300 305 320 325

5 10 15 5 25 20 5 10 15 30 40 5 20 5 10 35 20 5 15 5

Anzahl verspäteter Aufträge: mittlere Durchlaufzeit:

20

Simulation KOZ

8 61

44

Simulationsstart: Std 25 TBEV: TBE: ZDL:

Termin Bearbeitungsende Vorgängerarbeitsvorgang (Zugangszeitpunkt) Termin Bearbeitungsende Arbeitsvorgang (Abgangszeitpunkt) Durchlaufzeit FPS: Frühester Plan-Starttermin KOZ: Kürzeste Operationszeit

25.4 Kürzeste Operationszeit-Regel (KOZ)

455

Verspätet fertig gestellte Aufträge sind unterstrichen dargestellt. Die Simulation wurde manuell durchgeführt und in Stunde 25 gestartet. Die FPS-Regel stellt keinen Auftrag pünktlich fertig, die KOZ-Regel immerhin zwölf von zwanzig. Beide Reihenfolgeregeln erreichen jedoch kein zufrieden stellendes Ergebnis. Fertigung ohne Rückstand

Der gleiche Simulationsversuch wurde für ein Arbeitssystem ohne Rückstand durchgeführt. Dazu wurde die Simulation bereits in Stunde 10 gestartet. Bei Anwendung der FPS-Regel wurden unter sonst gleichen Bedingungen alle Aufträge rechtzeitig fertig gestellt, mit der KOZ-Regel dagegen nur 14 (Tabelle 25.2). Der Grund für die verspätete Auslieferung von sechs Aufträgen bei Anwendung der KOZ-Regel ist die hohe Streuung der Durchlaufzeiten. Tabelle 25.2 Vergleich der FPS-Regel und der KOZ-Regel an einem Arbeitssystem ohne Rückstand

Nr. [-] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Eingangsdaten der Simulation

Simulation FPS

Auftragszeit [Std]

ZDL FPS [Std]

TBE KOZ [Std]

ZDL KOZ [Std]

Reihenf. KOZ [Std]

15 25 40 45 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50

15 30 45 20 120 70 50 80 95 150 195 155 230 200 210 265 310 270 290 275

15 30 45 20 100 30 5 25 25 50 55 10 65 30 30 50 75 30 35 15

1 3 4 2 9 6 5 7 8 10 12 11 15 13 14 16 20 17 19 18

TBEV

TBEPlan

[Std]

[Std]

TBE FPS [Std]

0 0 0 0 20 40 45 55 70 100 140 145 165 170 180 215 235 240 255 260

15 25 40 45 70 90 95 105 120 150 190 195 215 220 230 265 285 290 305 310

15 25 40 45 70 90 95 105 120 150 190 195 215 220 230 265 285 290 305 310

5 10 15 5 25 20 5 10 15 30 40 5 20 5 10 35 20 5 15 5

Anzahl verspäteter Aufträge: mittlere Durchlaufzeit:

0

Simulation KOZ

6 46

37

Simulationsstart: Std 10 TBEV: TBE: ZDL:

Termin Bearbeitungsende Vorgängerarbeitsvorgang (Zugangszeitpunkt) Termin Bearbeitungsende Arbeitsvorgang (Abgangszeitpunkt) Durchlaufzeit FPS: Frühester Plan-Starttermin KOZ: Kürzeste Operationszeit

Insgesamt gilt für die KOZ-Regel damit Folgendes: Sie liefert bei einem positiven Rückstand ein im Vergleich zu anderen Reihenfolgeregeln besseres, absolut

456

25 Reihenfolgebildung

aber unbefriedigendes Ergebnis. Im anzustrebenden Zustand einer rückstandsfreien Fertigung liefert sie ein vergleichsweise schlechtes Ergebnis. Eine sehr hohe Termintreue lässt sich durch die Anwendung der KOZ-Regel also in keinem der beiden Fälle erreichen. Für die meisten Unternehmen ist die KOZ-Regel daher ungeeignet. Allgemein sollte bei der Auswertung von Simulationsergebnissen der Verlauf des Rückstandes stets mit angegeben werden. Eine sinnvolle Interpretation der erzielten Termintreue oder Terminabweichung ist ansonsten unmöglich. Dies ist bislang leider nicht die übliche Praxis.

25.5 Reihenfolgedisziplin Die Durchsetzung der Reihenfolgeregel entscheidet darüber, ob die gewünschte Wirkung auch tatsächlich erreicht wird. Vielen Unternehmen gelingt es nicht, die notwendige Reihenfolgedisziplin durchzusetzen. Teilweise entscheiden die Mitarbeiter nach sachfremden Kriterien über die Bearbeitungsreihenfolge. Die Auswirkungen auf die Liefertreue und damit auf den wirtschaftlichen Erfolg des Unternehmens können dramatisch sein. Besonders drastisch wirkt sich die Streuung der Terminabweichung aus, wenn die Fertigung einer Montage zuliefert und schon die Verzögerung einer von vielen Komponenten zu einem Montagestillstand eines komplexen Endprodukts führen kann. Es ist daher eine wichtige Aufgabe, die Bedeutung der Reihenfolgedisziplin zu kommunizieren. Für jedes Arbeitssystem ist eindeutig festzulegen, nach welcher Regel die Bearbeitungsreihenfolge gebildet werden soll. Zudem sind die für die Einhaltung der Reihenfolgen erforderlichen Informationen zur Verfügung zu stellen. Ideal sind Systeme, die die Einhaltung der Bearbeitungsreihenfolge erzwingen. Dies ist besonders einfach für die First-in-first-out-Regel möglich. Die Reihenfolgedisziplin kann meist nur mit hohem Aufwand aus betrieblichen Rückmeldedaten abgeleitet werden. Eine einfache Möglichkeit, dies zu ändern, wäre es, zu jedem Arbeitsvorgang die Anzahl der Aufträge im Bestand des Arbeitssystems abzuspeichern, die eine höhere Priorität hatten und damit übergangen wurden. Bild 25.4 zeigt verschiedene (fiktive) Verteilungen dieser Messgröße mit abnehmender Reihenfolgedisziplin. Die Reihenfolgedisziplin beschreibt den Anteil aller Reihenfolgeentscheidungen, bei der die Priorität der Aufträge eingehalten wurde: RD = mit

AnzAVG mit AnzÜA = 0 ⋅ 100 AnzAVG

RD AnzAVG AnzÜA

Reihenfolgedisziplin [%] Anzahl Arbeitsvorgänge [-] Anzahl übergangener Aufträge [-]

(25.5)

25.5 Reihenfolgedisziplin

457

IFA 10.676

Bild 25.4 Visualisierung der Reihenfolgedisziplin

Die durchschnittliche Anzahl übergangener Aufträge berechnet sich zu: n

∑ AnzÜA

i

AnzÜAm = mit

i =1

AnzÜAm AnzÜAi AnzAVG

AnzAVG

(25.6)

mittlere Anzahl übergangener Aufträge [-] Anzahl übergangener Aufträge beim i-ten Arbeitsvorgang [-] Anzahl Arbeitsvorgänge [-]

Bei der Interpretation dieser Kennzahl ist zu berücksichtigen, wie viele Aufträge im Untersuchungszeitraum im Mittel die Warteschlange bildeten. Bei einer sehr langen Warteschlange ist der gleiche Wert für die mittlere Anzahl übergangener Aufträge positiver zu beurteilen als bei einer sehr kurzen Warteschlange. Die Erhebung dieser Kennzahlen ermöglicht es, die Reihenfolgedisziplin der Fertigung und der Arbeitssysteme bzw. Mitarbeiter zu messen. Sie schafft damit eine wichtige Voraussetzung dafür, die Ursachen für eine mangelhafte Liefertreue zu lokalisieren und zu beseitigen.

Teil E

Kapazitätssteuerung

26.1 Einführung ............................................................................................ 462 26.2 Rückstandsmessung .............................................................................. 463 26.3 Kapazitätsflexibilität ............................................................................. 470 26.4 Konfiguration der Rückstandsregelung................................................. 478 26.5 Grundsätze der Rückstandsregelung ..................................................... 482 26.6 Anwendungsbeispiel einer Rückstandsregelung in der Luftfahrtindustrie .................................................................................. 484 26.7 Mitarbeiterdisposition ........................................................................... 486

26 Kapazitätssteuerung

Während die Kapazitätsplanung das zur Durchsetzung eines Produktionsprogramms erforderliche Kapazitätsangebot im Voraus ermittelt, entscheidet die Kapazitätssteuerung kurzfristig über den tatsächlichen Einsatz der Kapazitäten. Dieser kann insbesondere dann von der Planung abweichen, wenn Störungen zu Produktionsausfällen führen und das Produktionsprogramm ohne eine Kapazitätsanpassung nicht termingerecht fertig gestellt werden kann. Die Kapazitätssteuerung entscheidet damit über den Einsatz von Überstunden und anderen Formen der Kapazitätsflexibilität. Der Schwerpunkt der Darstellung liegt auf der Kapazitätssteuerung zur Ausregelung von Rückständen. Aufgabe einer derartigen Rückstandsregelung ist es, eine hohe Termintreue auch bei Plan-Abweichungen im Produktionsablauf zu gewährleisten. Dazu erhöht sie die Kapazität, wenn der tatsächliche Abgang einer Fertigung hinter den Plan-Abgang zurückfällt. Ziel ist es, dadurch eine Verspätung der Aufträge zu vermeiden. Umgekehrt kann sie die Kapazität ggf. aber auch unter den Planwert reduzieren, um eine Fertigung von Produkten zu vermeiden, für die (noch) kein Bedarf vorliegt. Eine mangelhafte Kapazitätssteuerung trägt in vielen Unternehmen zu einer unbefriedigenden logistischen Zielerreichung bei. Dabei eröffnet die vielfach zunehmende Flexibilität durch neue Arbeitszeitmodelle wachsende Möglichkeiten. Unternehmen sollten dieses Potenzial nutzen. Die dazu erforderlichen theoretischen Grundlagen werden in den folgenden Abschnitten beschrieben. • • • • • • •

Abschnitt 26.1 führt in die Aufgabe der Kapazitätssteuerung ein. Abschnitt 26.2 erläutert, wie der Rückstand gemessen werden kann. Dies ist die Grundvoraussetzung für jede Rückstandsregelung. Abschnitt 26.3 beschreibt verschiedene Formen der Flexibilität von Betriebsmitteln und von Mitarbeitern, die die Möglichkeiten der Kapazitätssteuerung erhöhen. Abschnitt 26.4 erörtert die Konfiguration der Rückstandsregelung. Ziel ist es, die Kapazitätsflexibilität möglichst effizient einzusetzen. Abschnitt 26.5 erläutert Grundsätze der Rückstandsregelung. Abschnitt 26.6 stellt ein Anwendungsbeispiel für eine Rückstandsregelung in der Luftfahrtindustrie dar. Abschnitt 26.7 erläutert Grundprinzipien, die bei der Zuordnung von Mitarbeitern zu bestimmten Arbeitssystemen beachtet werden sollten. Das Problem der Mitarbeiterdisposition stellt sich vor allem, wenn mehrfach qualifizierte Mitarbeiter unterschiedliche Tätigkeiten ausüben können.

462

Kapazitätssteuerung

26.1 Einführung Die Kapazitätssteuerung entscheidet allgemein über die Arbeitszeiten (bzw. den Schichtplan) und darüber, welchem Arbeitssystem ein mehrfach qualifizierter Mitarbeiter zugeordnet wird. Insbesondere legt sie damit den Einsatz von Überstunden oder Arbeitszeitreduktionen und sonstigen Maßnahmen der Kapazitätsflexibilität fest. Neben den nicht weiter betrachteten Fällen, in denen die Fertigungssteuerung die Kapazität entweder nicht variiert oder eine von der Produktionsplanung vorgegebene Kapazität einstellt (und damit in beiden Fällen keine aktive Kapazitätssteuerung durchführt), lassen sich zwei grundsätzlich unterschiedliche Ansätze zur Kapazitätssteuerung unterscheiden (Bild 26.1). Eine Rückstandsregelung bietet sich insbesondere an, wenn die Möglichkeit besteht, die Kapazitäten kurzfristig zu erhöhen. Die zweite Alternative betrifft die Kapazitätssteuerung in Phasen hoher Nachfrage, in denen die Kapazität nicht ausreicht, um alle Kundennachfragen zum Wunschtermin zu erfüllen. Ziel ist es dann, die Kapazität maximal zu nutzen und so eine möglichst hohe Ausbringung an Produkten zu erzielen.

IFA 11.245

Bild 26.1 Alternativen der Kapazitätssteuerung

Rückstandsregelung

Die Produktionsplanung gibt die Plan-Kapazität vor. Die Fertigungssteuerung misst den Rückstand und leitet daraus die erforderliche Kapazitätsanpassung ab (Bild 26.1 a). Sie erhöht die Kapazitäten über den Planwert, wenn der Ist-Abgang der Fertigung hinter den Plan-Abgang zurückfällt. Übertrifft der Ist-Abgang der Fertigung den Plan-Abgang, wird sie dagegen die Kapazitäten senken. Die Rückstandsregelung setzt damit ein gewisses Maß an kurzfristig verfügbarer Kapazitätsflexibilität voraus. Ziel der Rückstandsregelung ist es, die terminlichen und mengenmäßigen Vorgaben der Produktionsplanung auch bei Störeinflüssen möglichst genau umzusetzen.

26.2 Rückstandsmessung

463

Leistungsmaximierende Kapazitätssteuerung

Ziel ist es, die Leistung der Fertigung zu maximieren. Sie ist damit insbesondere in Phasen hoher Nachfragen bedeutsam, in denen die verfügbare Kapazität nicht ausreicht, um alle Aufträge zum Wunschtermin fertig zu stellen. Dem Engpassprinzip kommt in einer derartigen Situation besondere Bedeutung zu. Engpassarbeitssysteme werden mit maximaler Kapazität betrieben, um eine maximale Leistung der Fertigung zu erreichen. Aufgabe der Kapazitätssteuerung an Nichtengpassarbeitssystemen ist es, die Versorgung der Engpässe mit Aufträgen zu gewährleisten. Wie bei der Rückstandsregelung ist es bedeutsam, den Rückstand der Fertigung zu messen. Der Rückstand wird hier jedoch nicht zur Steuerung der Kapazitäten verwendet, sondern fließt in die Produktionsplanung ein, insbesondere, um realistische Planwerte zu bestimmen (Bild 26.1 b). Damit ist es nicht mehr Aufgabe der Kapazitätssteuerung, die Vorgaben der Produktionsplanung umzusetzen. Vielmehr ist es Aufgabe der Produktionsplanung, die Planung auf den aktuellen Fertigungsfortschritt abzustimmen. In vielen Fällen ist es sinnvoll, die Produktionskapazitäten nicht vollständig zu verplanen, um Freiräume für kurzfristig eingehende (und meist besonders lukrative) Eilaufträge zu schaffen oder um eine hohe Termintreue auch bei Störungen gewährleisten zu können. Die Einplanung von Kapazitätsreserven kann bei einer Auftragsfreigabe nach Termin jedoch leicht zu Auslastungsverlusten führen. Sie sollte daher möglichst mit einer bestandsregelnden Auftragsfreigabe kombiniert werden. Eine derartige Konfiguration der Fertigungssteuerung wird in Abschnitt 27.6.1 beschrieben.

26.2 Rückstandsmessung Aufgabe der Rückstandsmessung ist es, den Rückstand eines Arbeitssystems oder einer Fertigung möglichst zeitnah, genau und aufwandsarm zu messen. Der Rückstand zu einem bestimmten Zeitpunkt ist nach Gleichung 3.21 als Differenz von Plan-Abgang und Ist-Abgang definiert [Pete-96].

RS (t ) = ABPlan (t ) − ABIst (t ) mit

RS(t) ABPlan(t) ABIst(t)

(26.1)

Rückstand [Std] Plan-Abgang [Std] Ist-Abgang [Std]

Sowohl Plan-Abgang als auch Ist-Abgang sind stets in Vorgabestunden zu bewerten. Weicht die tatsächliche Auftragszeit von der geplanten Auftragszeit ab, ist sonst keine Aussage mehr darüber möglich, ob der Plan-Abgang erzielt wurde oder nicht. Wie in Kapitel 3 beschrieben, kann der Rückstand sowohl positive (PlanAbgang wird unterschritten) als auch negative (Plan-Abgang wird überschritten) Werte annehmen. Im Folgenden werden zunächst verfahrensunabhängige Grund-

464

Kapazitätssteuerung

lagen der Rückstandsmessung beschrieben (Abschn. 26.1.1). Abschnitt 26.1.2 zeigt auf, wie der Rückstand bei den verschiedenen Fertigungssteuerungsverfahren gemessen werden kann. 26.2.1 Verfahrensunabhängige Grundlagen

Die Rückstandsmessung kann nach vier Kriterien klassifiziert werden: • • • •

Detaillierungsgrad Messgenauigkeit Messmittel Messgröße

Detaillierungsgrad

Der Rückstand kann einerseits aus den Plan-Endterminen der Aufträge für die gesamte Fertigung bestimmt werden (grober Detaillierungsgrad). Dazu wird zum Messzeitpunkt der kumulierte Plan-Abgang mit dem kumulierten Ist-Abgang verglichen. Zum anderen kann der Rückstand für jedes Arbeitssystem der Fertigung berechnet werden (feiner Detaillierungsgrad). In diesem Fall wird der kumulierte Plan-Abgang eines Arbeitssystems zum Messzeitpunkt mit seinem kumulierten Ist-Abgang verglichen. Für die Berechnung des Plan-Abgangs ist es erforderlich, in der Terminierung Plan-Termine für die einzelnen Arbeitsvorgänge zu bestimmen. In der Regel ist es für eine Rückstandsregelung sinnvoll, den Rückstand sowohl für jedes Arbeitssystem als auch für die gesamte Fertigung insgesamt zu bestimmen. Dies ist erforderlich, weil sich die Rückstandssituation einzelner Arbeitssysteme von der der gesamten Fertigung deutlich unterscheiden kann. Messgenauigkeit

Die Messgenauigkeit hängt wesentlich davon ab, ob der Ist-Abgang kontinuierlich oder diskret erfasst wird. Eine diskrete Messung des Ist-Abgangs berücksichtigt einen Auftrag erst in dem Moment, in dem die Bearbeitung des Auftrags vollständig abgeschlossen ist. Eine kontinuierliche Rückstandsmessung berücksichtigt dagegen den Teil der Auftragszeit, der an Aufträgen in Bearbeitung vor ihrer Fertigstellung bereits geleistet wurde. Die diskrete Rückstandsmessung ist ungenauer als die kontinuierliche Rückstandsmessung. Dieser Gedanke wird vor allem von Breithaupt betont [Brei-01]. Insbesondere bei großen Auftragszeiten kann die diskrete Rückstandsmessung die Messergebnisse verzerren und zu falschen Schlussfolgerungen führen. Dies sei an einem Beispiel erörtert: Zu einem bestimmten Zeitpunkt betrage der Plan-Abgang an einem Arbeitssystem 300 Stunden. Die vollständig abgeschlossenen Aufträge entsprechen einem Ist-Abgang von 285 Stunden. Eine diskrete Rückstandsmessung weist einen Rückstand von 15 Stunden oder fast zwei Schichten aus. Dies würde den Einsatz einer kurzfristigen Kapazitätserhöhung rechtfertigen. Befindet sich jedoch ein großer Auftrag von 20 Stunden in der Bearbeitung, ist es wahrscheinlich, dass das Arbeitssystem einen geringeren oder keinen Rückstand hat.

26.2 Rückstandsmessung

465

Dies hinge davon ab, wie viele Stunden Arbeit bereits an dem Auftrag geleistet wurden. Der Nachteil der kontinuierlichen Rückstandsmessung ist der höhere Messaufwand. Insbesondere bei geringen Auftragszeiten sind die aus einer diskreten Rückstandsmessung resultierenden Ungenauigkeiten häufig gering, so dass Unternehmen auf eine kontinuierliche Rückstandsmessung verzichten können. Messmittel

In vielen Fällen kann der Rückstand über ein elektronisches Betriebsdatenerfassungssystem (BDE-System) gemessen werden. Dessen Genauigkeit hängt vor allem davon ab, ob das System eine manuelle und damit fehlerbehaftete und häufig verzögerte Dateneingabe erfordert oder die Daten automatisiert erfasst werden können. Ggf. kann auf eine elektronische Datenerfassung aber auch verzichtet werden. Dies gilt dann, wenn der Rückstand visuell erkannt werden kann. Hierzu ist eine hohe Transparenz erforderlich. Ein Beispiel wären etwa freie Lagerplätze bei einem Sicht-Kanban. Messgröße

In der Regel wird der Ist-Abgang gemessen und aus dem Vergleich mit dem PlanAbgang der Rückstand bestimmt. Zum Teil ist es jedoch auch möglich, den Rückstand über eine – ggf. einfacher messbare – Hilfsgröße zu berechnen. So kann bei einer terminorientierten Auftragsfreigabe aus dem Vergleich von Ist-Bestand und Plan-Bestand auf den Rückstand geschlossen werden (vgl. Gl. 16.1).

26.2.2 Verfahrensabhängige Rückstandsmessung

Zwar ist es häufig am einfachsten, den Rückstand als Differenz von Plan- und IstAbgang zu messen. Dies setzt jedoch definierte Losgrößen und Plan-Termine voraus. Nicht alle Fertigungssteuerungsverfahren führen aber eine Terminierung der Aufträge durch. Ein Teil der Verfahren lässt zudem auch die Losbildung offen. Auch unter solchen Voraussetzungen ist eine Rückstandsregelung jedoch sinnvoll. Im Folgenden wird daher beschrieben, wie der Rückstand bei Anwendung spezifischer Verfahren der Auftragserzeugung gemessen werden kann. Zudem wird kurz auf die Rückstandsmessung bei der Anwendung von Auftragsfreigabeverfahren eingegangen. Auftragsfertigung / MRP II

Die Aufträge werden terminiert. Daher liegen Plan-Endtermine mindestens für die Aufträge vor, häufig auch für die Arbeitsvorgänge. Der Rückstand kann aus der Messung des Ist-Abgangs und dem Vergleich mit dem Plan-Abgang bestimmt werden (vgl. Gl. 26.1). Bestellbestandsverfahren

Es gibt zwei Möglichkeiten, den Rückstand beim Bestellbestandsverfahren abzuschätzen: Eine Terminierung der Wiederbeschaffungsaufträge und die Analyse der Lagerbestände.

466

Kapazitätssteuerung

Terminierung der Aufträge: Viele Unternehmen terminieren die Wiederbeschaffungsaufträge und legen Plan-Endtermine für die Arbeitsvorgänge und den gesamten Auftrag fest. Dies ermöglicht es, den Rückstand aus einem Vergleich des Ist-Abgangs mit dem Plan-Abgang sowohl auf Ebene der Arbeitssysteme als auch für die gesamte Fertigung zu bestimmen (vgl. Gl. 26.1). Analyse der Lagerbestände: Ein gröberer Anhaltspunkt über den Rückstand der Fertigung lässt sich aus einer Analyse der Lagerbestände ableiten. Verläuft die Nachfrage während der Wiederbeschaffungszeit planmäßig und liefert die Fertigung pünktlich, gilt für den mittleren Lagerbestand (vgl. Bild 8.1): BLm = mit

LG + SB 2

BLm LG SB

(26.2) mittlerer Lagerbestand [ME] Losgröße [ME] Sicherheitsbestand [ME]

Gerät eine Fertigung in Rückstand, sinken die Lagerbestände. Im umgekehrten Fall steigen die Lagerbestände über den Planwert. Ein Maß für den Rückstand ist daher die Summe der Abweichungen vom Plan-Bestand über alle Varianten.

RS =

AnzVar

∑ (BL

Plan , m , k

k =1

mit

RS BLPlan,m,k BLIst,k AnzVar

− BLIst ,k )

(26.3)

Rückstand [ME] mittlerer Plan-Lagerbestand der Variante k [ME] Ist-Lagerbestand der Variante k [ME] Anzahl Varianten [-]

In der Regel ist es sinnvoll, den Rückstand in die Einheit Stunden umzurechnen. Dann gilt:

RS =

AnzVar ⎛

∑ k 1 =

mit

⎜ ⎜ ⎝

BLPlan , m ,k − BLIst , k

RS BLPlan,m,k BLIst,k ZAUges,k LGk AnzVar

LGk

⎞

⋅ ZAU ges , k ⎟⎟

(26.4)

⎠

Rückstand [Std] mittlerer Plan-Lagerbestand der Variante k [ME] Ist-Lagerbestand der Variante k [ME] Gesamtauftragszeit der Variante k [Std] Losgröße der Variante k [ME] Anzahl Varianten [-]

Kanban-Steuerung

Die Kanban-Steuerung erzeugt keine (expliziten) Plan-Endtermine für die Wiederbeschaffungsaufträge. Daher kann Gl. 26.1 nicht unmittelbar angewendet werden. Es können zwei Ansätze zur Rückstandsmessung unterschieden werden:

26.2 Rückstandsmessung

467

Liegt ein detailliertes Produktionsprogramm vor, ergibt sich der Rückstand aus der Differenz des tatsächlichen Abgangs zur Vorgabe des Produktionsprogramms (vgl. die folgenden Ausführungen zur Fortschrittszahlensteuerung für die Berechnungsgleichungen). Der zweite Ansatz analysiert den Bestand im Ausgangslager eines Arbeitssystems oder die Verteilung der Kanbans. Ist das Arbeitssystem im Rückstand, sinkt der Bestand im Ausgangslager unter den Sicherheitsbestand. Es befinden sich mehr Kanbans in der Kanban-Tafel des Arbeitssystems als geplant. Stellt ein Arbeitssystem die Wiederbeschaffungsaufträge schneller fertig als geplant, steigt der Bestand im Ausgangslager und die Anzahl der Kanbans am Arbeitssystem sinkt. Der Rückstand des Arbeitssystems kann daher entweder aus dem Bestand im Ausgangslager oder aus der Anzahl der Kanbans am Arbeitssystem abgeschätzt werden. Dazu kann die folgende Gleichung verwendet werden:1

RS =

AnzVar ⎛

∑ k 1 =

mit

RS SBk BLk BIk ZAUk AnzVar

⎜ ⎜ ⎝

⎞ SBk − BLk ⋅ ZAU k ⎟⎟ BI k ⎠

(26.5)

Rückstand [Std] Sicherheitsbestand der Variante k [ME] Lagerbestand der Variante k [ME] Behälterinhalt der Variante k [ME] Auftragszeit der Variante k [Std] Anzahl Varianten [-]

In der Praxis ist es sinnvoll, zusätzliche Informationen zu berücksichtigen, um die Gefahr eines Lieferengpasses abzuschätzen. Dazu zählt vor allem der Arbeitsfortschritt der Aufträge in Bearbeitung (vgl. Abschn. 26.2.1). Auf eine formelle Berechnung des Rückstandes kann häufig verzichtet werden, wenn die Mitarbeiter so lange arbeiten, bis je nach Liefertermintoleranz das Produktionsprogramm des Tages oder das einer Woche erfüllt ist. Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung (Korma)

Die Korma ist ein Fertigungssteuerungsverfahren, das speziell für die Mischfertigung entwickelt wurde (vgl. Kap. 10). In einer Mischfertigung werden sowohl Kunden- als auch Lageraufträge auf denselben Maschinen gefertigt. Einerseits bietet die Korma gute Voraussetzungen für eine Rückstandsmessung, da sie alle Aufträge terminiert. Auf der anderen Seite führt die ständige Reterminierung der Lageraufträge jedoch dazu, dass Rückstände bei den Lageraufträgen nicht oder nur über die Analyse der Streckungsfaktoren erkannt werden: Das Verfahren kürzt die Plan-Übergangszeiten, wenn ein Auftrag in Verzug gerät. Dadurch verschieben sich die Plan-Bearbeitungstermine und damit auch der PlanAbgang der Arbeitssysteme in die Zukunft (Ausnahme: letzter Arbeitsvorgang). Der Rückstand gegenüber der ursprünglichen Planung kann durch die Neuplanung 1

Die Gleichung setzt voraus, dass Behälterinhalt und Losgröße übereinstimmen. Trifft das nicht zu, ist der Behälterinhalt durch die Losgröße zu ersetzen.

468

Kapazitätssteuerung

nicht mehr erkannt werden. Es bieten sich zwei Alternativen zur Lösung des Problems an:

• •

Der Rückstand wird gegenüber dem Plan-Abgang berechnet, der sich aus einer Terminierung mit den ursprünglichen Plan-Übergangszeiten ergibt. Auf Grundlage der Neuterminierung werden für jedes Arbeitssystem die Kapazitätsbedarfe neu berechnet. Die Kapazität wird auf Basis dieses Kapazitätsbedarfs neu eingestellt. In diesem Fall entfällt die Rückstandsmessung.

Synchro MRP

Für die Rückstandsmessung beim Synchro-MRP-Verfahren gelten die Ausführungen für die Kanban-Steuerung. Die Erfüllung der Tagesproduktionsprogramme genießt gegenüber der Analyse der Lagerbestände in der Regel jedoch Priorität. Hybride Kanban-Conwip-Steuerung

Das Fertigungssteuerungsverfahren ähnelt einem Bestellbestandsverfahren, das mit den dezentralen Regelkreisen der Kanban-Steuerung kombiniert wird (vgl. Kap. 12). Entsprechend gelten die Aussagen für diese Verfahren auch für die hybride Anwendung. Der Rückstand kann abgeleitet werden aus:

• • •

einer Terminierung der Wiederbeschaffungsaufträge (vgl. Bestellbestandsverfahren) einer Analyse der Lagerbestände im Fertigwarenlager (vgl. Bestellbestandsverfahren) der Analyse der Lagerbestände im Ausgangslager der Arbeitssysteme (vgl. Kanban-Steuerung)

Fortschrittszahlensteuerung

Der Rückstand kann bei einer Fortschrittszahlensteuerung (vgl. Kap. 13) aus dem Vergleich der Ist- mit den Plan-Fortschrittszahlen der Varianten berechnet werden. Es gilt: AnzVar

((FZ Plan k − FZ Ist k )⋅ te k ) ∑ k 1 ,

RS = mit

,

,

=

(26.6)

60

RS FZPlan,k FZIst,k te,k AnzVar

Rückstand [Std] Plan-Fortschrittszahl der Variante k [ME] Ist-Fortschrittszahl der Variante k [ME] Einzelzeit der Variante k [min/ME] Anzahl Varianten [-]

Die Gleichung berücksichtigt keine Rüstzeiten. Bei bekannten Rüstzeiten und Losgrößen gilt für den Rückstand:

RS =

AnzVar ⎛

∑ k 1 =

⎜ ⎜ ⎝

FZ Plan , k − FZ Ist , k LGk

⎞

⋅ ZAU k ⎟⎟ ⎠

(26.7)

26.2 Rückstandsmessung

mit

RS AnzVar FZPlan,k FZIst,k LGk ZAUk

469

Rückstand [Std] Anzahl Varianten [-] Plan-Fortschrittszahl der Variante k [ME] Ist-Fortschrittszahl der Variante k [ME] Losgröße der Variante k [ME] Auftragszeit der Variante k [Std]

Basestock

Die Basestock-Steuerung kann als Sonderfall der Fortschrittszahlensteuerung interpretiert werden, in dem die Steuerungsfortschrittszahl eines Kontrollblocks der Summe aus kumulierter Nachfrage und dem Basestock des Kontrollblocks entspricht (vgl. Kap. 14). Entsprechend gilt für die Plan-Fortschrittszahl einer Variante in der BasestockSteuerung (vgl. Kap. 14):

FZ Plan = FZ NF + BS − WBZ Plan ⋅ BRm mit

FZPlan FZNF BS WBZPlan BRm

(26.8)

Plan-Fortschrittszahl des Kontrollblocks [ME] Nachfrage-Fortschrittszahl [ME] Basestock [ME] Plan-Wiederbeschaffungszeit des Kontrollblocks [BKT] mittlere Bedarfsrate [ME/BKT]

Der Rückstand der Basestock-Steuerung kann dann nach den Gln. 26.6 und 26.7 berechnet werden. Production Authorization with Cards (PAC)

Die Rückstandsmessung hängt im Wesentlichen von der gewählten Parameterkonfiguration ab. Auf einen Rückstand kann aus den folgenden Parametern geschlossen werden:

• • •

Anzahl der PA-Karten in der PA-Kartentafel eines Arbeitssystems Anzahl der Auftragsscheine im Ausgangslager eines Arbeitssystems dem Bestand im Ausgangslager eines Arbeitssystems

Genauere Angaben über den Rückstand können für spezifische Konfigurationen der PAC-Steuerung getroffen werden. Auftragsfreigabeverfahren

Auftragsfreigabeverfahren können helfen, den Rückstand einer Fertigung zu bestimmen. Bei einer Auftragsfreigabe nach Termin entspricht der Rückstand der Fertigung der Differenz von Ist-Bestand und Plan-Bestand (vgl. Gl. 16.1 in Abschn. 16.1.2). Bei einer bestandsregelnden Auftragsfreigabe (vgl. Abschn. 16.1.3) kann ein Rückstand nicht nur im Abgang, sondern auch im Zugang zur Fertigung gemessen werden. Dies gibt ggf. frühzeitig Hinweise auf drohende Terminabweichungen im Abgang der Fertigung und kann daher für eine frühzeitige Kapazitätsanpassung bedeutsam sein.

470

Kapazitätssteuerung

26.3 Kapazitätsflexibilität Je höher die Kapazitätsflexibilität eines Unternehmens ist, desto größer sind seine Möglichkeiten, Rückstände über die kurzfristige Erhöhung der Kapazität auszugleichen und dadurch Lieferverzüge zu vermeiden bzw. zu begrenzen. Der folgende Abschnitt definiert den Begriff der Kapazitätsflexibilität und zeigt, wie er in Form von Kapazitätshüllkurven visualisiert werden kann (Abschn. 26.3.1). Die Kapazitätsflexibilität wird sowohl von der Flexibilität der Betriebsmittel (Abschn. 26.3.2) als vor allem auch von der Flexibilität der Mitarbeiter (Abschn. 26.3.3) beeinflusst. Die resultierende Kapazitätsflexibilität wird durch das Engpassprinzip bestimmt und damit stets von dem Element mit der geringsten Kapazitätsflexibilität begrenzt (Abschn. 26.3.4). 26.3.1 Definitionen und Grundlagen

Der Begriff der Flexibilität ist Gegenstand zahlreicher Fachveröffentlichungen [z. B. Seth-90, deTo-90, Beac-00]. Der Duden definiert sie als Fähigkeit zur Anpassung. Die Flexibilität ist umso höher, je größer das Ausmaß der möglichen Anpassung und je kleiner die zu erbringenden Kosten- und Zeitaufwände sind. Kapazitätsflexibilität ist die Fähigkeit der Fertigung, ihre Kapazitäten schnell und kostengünstig und in möglichst großem Ausmaß verändern zu können. Breithaupt und Wiendahl verwenden Kapazitätshüllkurven, um die Kapazitätsflexibilität eines Arbeitssystems zu beschreiben (Bild 26.2) [Brei-01].

IFA F5953Wd1

Bild 26.2 Beispiel für Kapazitätshüllkurven (nach Breithaupt)

Die Kapazitätshüllkurven tragen über der Reaktionszeit die mögliche zusätzliche (bzw. verminderte) Kapazität auf, die ein Arbeitssystem bereitstellen kann. Im Beispiel von Bild 26.2 kann das Unternehmen die Kapazität des betrachteten Arbeitssystems mit einer Reaktionszeit von 5 Tagen um 4 Std/BKT erhöhen. Zusätzlich dargestellt ist die Möglichkeit, die Kapazität unter den Normalwert zu redu-

26.3 Kapazitätsflexibilität

471

zieren. Sie folgt der gleichen Logik wie eine Kapazitätserhöhung und ist bei einer Rückstandsregelung zu berücksichtigen. Die meisten Unternehmen nutzen einen Teil der vorhandenen Kapazitätsflexibilität schon in der Produktionsplanung, um Nachfrageschwankungen zu folgen (Bild 26.3 a). Dieser Anteil steht für die Ausregelung von Planabweichungen nicht mehr zur Verfügung.

IFA 10.903

Bild 26.3 Bestimmung der für die Rückstandsregelung verfügbaren Kapazität

Die Rückstandsregelung verwendet daher ausschließlich die unverplante Kapazität (Bild 26.3 b). Diese variiert in dem Ausmaß, in dem die Produktionsplanung die Kapazität bereits verplant hat. Die Möglichkeiten der Rückstandsregelung sind daher tendenziell umso größer, je geringer die Nachfrage der Kunden ist. Übersteigt die mögliche Nachfrage die Kapazitätsgrenzen, ist es unter Umständen sinnvoll, auf eine Rückstandsregelung zu verzichten und die Kapazitätssteuerung auf einen maximalen Durchsatz auszurichten. Dies setzt jedoch ein gewisses Maß an Belastungsflexibilität und eine Abstimmung der Produktionsplanung auf den Fertigungsfortschritt voraus. Ein Beispiel für eine derartige Konfiguration der Kapazitätssteuerung wird in Kapitel 27 beschrieben. Tritt ein Rückstand auf, sollte das Unternehmen schnell reagieren können, um Lieferverzüge zu vermeiden. Daher sollte die Produktionsplanung der Rückstandsregelung insbesondere solche Möglichkeiten zur Kapazitätserhöhung überlassen, die ohne oder mit nur geringer Reaktionszeit wirksam werden.

472

Kapazitätssteuerung

Die Kapazitätsflexibilität eines Arbeitssystems ergibt sich aus der Kapazitätsflexibilität der Betriebsmittel und der Kapazitätsflexibilität der Mitarbeiter. Sie werden in den folgenden Abschnitten beschrieben. 26.3.2 Kapazitätsflexibilität der Betriebsmittel

In der Regel ist es schwierig, eine nennenswerte Kapazitätsflexibilität der Betriebsmittel zu erreichen. Grundsätzlich stehen dafür jedoch die folgenden Alternativen zur Verfügung. Veränderung der Anzahl der Betriebsmittel

Ein Unternehmen kann Betriebsmittel kaufen oder verkaufen, mieten oder vermieten, um die Betriebsmittelkapazität anzupassen. Dies bietet sich insbesondere bei kostengünstigen Standardmaschinen mit geringen Lieferzeiten und einem etablierten Gebrauchtmaschinenmarkt an. Selbst unter derartig günstigen Rahmenbedingungen wird ein Unternehmen diese Maßnahme in der Regel nur unter außergewöhnlichen Umständen einsetzen, z. B. wenn hohe Konventionalstrafen für verspätete Aufträge drohen und die Fertigung erheblich in Rückstand geraten ist. Veränderung der Betriebsmittelintensität

Manchmal ist es möglich, die Bearbeitungsgeschwindigkeit der Betriebsmittel zu erhöhen. Ein bekanntes Beispiel dafür sind Drehmaschinen, bei denen der Werkzeugverschleiß mit der Schnittgeschwindigkeit zunimmt. Die kostenoptimale Schnittgeschwindigkeit liegt meist unterhalb der kapazitätsmaximalen Schnittgeschwindigkeit. Die Schnittgeschwindigkeit kann dann ggf. zu Lasten eines stärkeren Werkzeugverschleißes erhöht werden, um die Kapazität zu erhöhen und einen vorhandenen Rückstand abzubauen. Die Möglichkeiten, die Betriebsmittelintensität zu erhöhen, sind in der Praxis jedoch häufig sehr begrenzt. Fremdvergabe von Aufträgen bzw. Arbeitsvorgängen

Ein Unternehmen kann Aufträge oder bestimmte Arbeitsvorgänge fremdvergeben, um einen Rückstand abzubauen. Zwar ist dies keine Kapazitätserhöhung im engeren Sinne, sondern eine Form der Belastungsflexibilität. Die Auswirkungen auf den Rückstand sind jedoch vergleichbar. Die Fremdvergabe von Aufträgen wird intensiv von Windt analysiert [Wind-01]. Einen Schwerpunkt ihrer Betrachtung bildet die gemeinschaftliche Nutzung redundanter Kapazitäten in Produktionsnetzwerken. Verschieben von Wartungsarbeiten

Eine mit ggf. erheblichen Risiken behaftete Strategie ist es, Wartungsarbeiten zu verschieben, um die Betriebszeit einer Maschine möglichst vollständig für produktive Zwecke nutzen zu können. Die resultierenden Möglichkeiten für eine kurzfristige Kapazitätserhöhung sind in der Regel begrenzt, zumal die Wartungsarbeiten zu einem späteren Zeitpunkt nachgeholt werden müssen. Verlagerung auf alternative Betriebsmittel

Zum Teil ist es möglich, bestimmte Arbeitsvorgänge auf alternative Betriebsmittel zu verlagern, die nicht vollständig ausgelastet sind. Ein Beispiel ist die Verlage-

26.3 Kapazitätsflexibilität

473

rung von Dreharbeiten auf eine Drehmaschine, deren Arbeitsraum größer ist als für das Werkstück erforderlich. 26.3.3 Kapazitätsflexibilität der Mitarbeiter

Die Flexibilität der Mitarbeiter setzt sich aus den drei Komponenten der Arbeitszeitflexibilität (Abschn. 26.3.3.1), der Flexibilität bei der Einstellung bzw. Entlassung von Mitarbeitern (26.3.3.2) sowie der Mehrfachqualifikation zusammen (26.3.3.3). 26.3.3.1 Arbeitszeitflexibilität

Die Arbeitszeitflexibilität ist umso höher, je geringer die Kosten und je kürzer die Reaktionszeiten sind, mit der die Standardarbeitszeit geändert werden kann, und je größer die mögliche Änderung ist. Überstunden, Wochenendschichten und Kurzarbeit sind die üblichen Maßnahmen zur Veränderung der Standardarbeitszeit. Die Kosten und die Reaktionszeit, mit der sie eingesetzt werden können, werden vom Gesetzgeber, von den Tarifparteien und von betrieblichen Vereinbarungen beeinflusst. Gleiches gilt für die maximalen Arbeitszeiten pro Tag bzw. pro Woche. Viele Unternehmen vereinbaren heute mit ihren Mitarbeitern betriebliche Arbeitszeitmodelle mit dem ausdrücklichen Ziel, die Arbeitszeitflexibilität zu erhöhen. 26.3.3.2 Flexibilität in der Einstellung und Entlassung von Mitarbeitern

Die Flexibilität in der Einstellung und Entlassung von Mitarbeitern wird von den erforderlichen Zeit- und Kostenaufwänden bestimmt, mit der Mitarbeiter eingestellt und entlassen werden können. Dies ähnelt in der Logik zwar dem An- und Verkauf von Maschinen, berührt aber die soziale und wirtschaftliche Situation von tatsächlichen und potentiellen Mitarbeitern. Die Entscheidung über die Einstellung und Entlassung von Mitarbeitern ist daher auch unter moralischen Gesichtspunkten zu treffen. Die Flexibilität bei der Einstellung von Mitarbeitern wird von der Verfügbarkeit der gesuchten Qualifikation auf dem Arbeitsmarkt beeinflusst. Ist eine Qualifikation nicht verfügbar, sind zusätzlich Zeit und Kosten für die Qualifizierung zu berücksichtigen. Die Flexibilität in der Entlassung von Mitarbeitern wird wesentlich von den gesetzlichen Bestimmungen und von der Fürsorgepflicht des Arbeitgebers für die Mitarbeiter bestimmt. Hohe Kosten für die Entlassung von Mitarbeitern wirken jedoch auch auf die Entscheidung über die Einstellung von Mitarbeitern. Letztere wird meist unter Unsicherheit über die zukünftige wirtschaftliche Situation des Unternehmens getroffen. Sind die Kosten für die Entlassung eines neu einzustellenden Mitarbeiters sehr hoch, versuchen die Unternehmen eher, eine zusätzliche Nachfrage über die Arbeitszeitflexibilität der vorhandenen Mitarbeiter abzufangen, als neue Mitarbeiter einzustellen. Dies kann dann zu einer Situation führen, in

474

Kapazitätssteuerung

der die Mitarbeiter in den Unternehmen Überstunden leisten, obwohl auf dem Arbeitsmarkt Arbeitssuchende mit der benötigten Qualifikation vorhanden sind. Ein Versuch, die Flexibilität bei der Einstellung und Entlassung von Mitarbeitern zu erhöhen, sind Zeitarbeitsfirmen, die Mitarbeiter für begrenzte Zeiträume an Unternehmen vermitteln. Sie können besonders dann für eine Rückstandsregelung eingesetzt werden, wenn die Einarbeitungszeit für die gesuchte Tätigkeit kurz ist oder Leiharbeiter mit der gesuchten Qualifikation zur Verfügung stehen. 26.3.3.3 Mehrfachqualifizierung von Mitarbeitern

Mehrfach qualifizierte Mitarbeiter können verschiedene Tätigkeiten ausüben, also etwa verschiedene Maschinen bedienen. Die Mehrfachqualifikation ist eine sehr bedeutende Form der Personalqualifikation. Sie wird nicht nur für moderne Fertigungskonzepte wie Fertigungsinseln vorausgesetzt. Sie eröffnet auch die Möglichkeit, die Kapazitätsflexibilität einzelner Arbeitssysteme zu erhöhen. Allgemein ist die Mehrfachqualifikation mit den folgenden Vorteilen verbunden: 1. Schutz des Unternehmens vor Schwankungen des Qualifikationsbedarfs: In der Regel schwankt der Bedarf nach einzelnen Qualifikationen mit der Nachfrage des Kunden nach den verschiedenen Produkten des Unternehmens. Sind die Mitarbeiter mehrfach qualifiziert, kann das Unternehmen diese Schwankungen dadurch ausregeln, dass es die Mitarbeiter bevorzugt für Qualifikationen einsetzt, die gerade besonders gefragt sind. Dies ist häufig eine Voraussetzung für eine hohe Programmflexibilität des Unternehmens. 2. Möglichkeit, die Produktionskapazität schnell zu erhöhen: In vielen Fällen kann die Produktionskapazität deswegen nicht schnell erhöht werden, weil auf dem Arbeitsmarkt die erforderliche Fachqualifikation nicht verfügbar ist und die Zeit für die Qualifizierung eines neuen Mitarbeiters lang ist. Sind die Mitarbeiter mehrfach qualifiziert, können sie bei Einstellung eines neuen Mitarbeiters auf Tätigkeiten mit langen Qualifikationszeiten wechseln. Die neuen Mitarbeiter übernehmen dann zunächst Aufgaben, für die nur eine kurze Qualifizierung erforderlich ist. Auf diese Weise kann die Produktionskapazität schneller erhöht werden (vgl. dazu [Suri-98]). 3. Schutz des Unternehmens vor dem Ausfall von Mitarbeitern: Kann jede Tätigkeit von mehreren Mitarbeitern ausgeübt werden, ist das Unternehmen weniger anfällig gegenüber unerwarteten Ausfällen von Mitarbeitern, z. B. durch Krankheit oder durch Kündigung. 4. Schutz des Mitarbeiters vor Qualifikationsverlust: Wird – z. B. aufgrund einer technologischen Neuerung – eine Qualifikation eines Mitarbeiters überflüssig, kann der Mitarbeiter auf die übrigen Qualifikationen zurückgreifen. 5. Verständnis für das Gesamtsystem: Übt ein Mitarbeiter mehrere Tätigkeiten aus, erlangt er einen besseren Überblick über das Gesamtsystem der Fertigung und lernt die Abhängigkeiten zwischen den Prozessen verstehen. Dies ist z. B. für kontinuierliche Verbesserungsprozesse bedeutsam. Für die Rückstandsregelung wichtig sind vor allem die ersten beiden Vorteile.

26.3 Kapazitätsflexibilität

475

Die Mehrfachqualifizierung ist mit den folgenden Nachteilen verbunden, die im Zweifel gegenüber ihren Vorteilen abgewogen werden müssen: 1. Kosten- und Zeitaufwand für die Qualifizierung: Die Qualifizierung der Mitarbeiter verursacht Kosten und beansprucht – ggf. für produktive Zwecke fehlende – Zeit. Sie kann damit kurzfristig die verfügbaren Kapazitäten verringern. 2. Höhere Lohnkosten für mehrfach qualifizierte Mitarbeiter: Mindestens in der Tendenz steigen die Löhne mit der Qualifikation der Mitarbeiter. Diesen Aspekt betont insbesondere Suri [Suri-98]. 3. Verlust von Spezialisierungsvorteilen: Übt ein Mitarbeiter mehrere Tätigkeiten aus, erlangt er für die einzelnen Tätigkeiten ggf. nicht das Geschick, das er bei der Spezialisierung auf eine Tätigkeit erreichen würde. Ein wichtiges Hilfsmittel für die Analyse der Qualifikationsprofile der Mitarbeiter ist die Qualifikationsmatrix (Tabelle 26.1). Tabelle 26.1 Qualifikationsmatrix (Beispiel) Arbeitssystem Mitarbeiter Müller

Drehen

Fräsen

Bohren

Sägen

■

○

■

■

■ ●

■ ● ● ●

Meier Schmidt Konrad

■ ● ○

○

Schleifen

●

Mitarbeiter kann die Tätigkeit vollständig ausüben und andere Mitarbeiter in der Tätigkeit ausbilden Mitarbeiter kann die Tätigkeit vollständig ausüben Mitarbeiter kann die Tätigkeit zum Teil ausüben

Die Qualifikationsmatrix stellt den Mitarbeitern die vorhandenen Tätigkeiten gegenüber. Die Literatur unterscheidet häufig drei Qualifikationsstufen: 1. Der Mitarbeiter kann die Tätigkeit zum Teil ausüben. 2. Der Mitarbeiter kann die Tätigkeit vollständig ausüben. 3. Der Mitarbeiter kann die Tätigkeit vollständig ausüben und andere Mitarbeiter in der Tätigkeit ausbilden. Die Qualifikationsmatrix sollte mindestens nach den folgenden beiden Gesichtspunkten analysiert werden: 1. Hinsichtlich welcher Tätigkeiten droht ein Mitarbeiterengpass? Im Beispiel trifft dies vor allem auf das Schleifen zu. 2. Welche Mitarbeiter können nur wenige Tätigkeiten ausüben? Im Beispiel trifft dies auf den Mitarbeiter Meier zu.

476

Kapazitätssteuerung

26.3.4 Resultierende Kapazitätsflexibilität einer Fertigung

Für die Kapazitätsflexibilität gilt grundsätzlich das Engpassprinzip. Es ist zum einen auf die Überlagerung von Betriebsmittel- und Mitarbeiterflexibilität anzuwenden. Das heißt die nutzbare Kapazität eines Arbeitssystems ergibt sich aus dem Minimum von Betriebsmittel- und Mitarbeiterkapazität. Es gilt zum anderen jedoch auch für die Ableitung der Kapazitätsflexibilität einer gesamten Fertigung aus den Kapazitätsflexibilitäten der einzelnen Arbeitssysteme der Fertigung. Wenn nur ein Arbeitssystem in der Fertigung die Kapazität nicht weiter erhöhen kann, wird auch die Fertigung insgesamt den Durchsatz nicht steigern können. Um die Kapazitätsflexibilität der Arbeitssysteme miteinander vergleichen zu können, ist die Kapazität auf den mittleren (normalen) Kapazitätsbedarf eines Arbeitssystems zu beziehen:

KAPrel = mit

KAP ⋅ 100 KAPBed norm

KAPrel KAP KAPBednorm

(26.9)

relative Kapazität [%] Kapazität eines Arbeitssystems [Std/BKT] normaler Kapazitätsbedarf eines Arbeitssystems [Std/BKT]

Ist die relative Kapazität kleiner als 100%, so kann die Plan-Leistung auch bei normalem Kapazitätsbedarf nur durch eine Kapazitätserhöhung erreicht werden. Bei einem Wert von über 100% entstehen bei normalem Kapazitätsbedarf dagegen Auslastungsverluste am Arbeitssystem. Kapazitätshüllkurven, die statt der absoluten Zusatzkapazität die relative Kapazität der Arbeitssysteme über der Reaktionszeit auftragen, können unmittelbar miteinander verglichen werden. Die relative Kapazität der Fertigung entspricht nach dem Engpassprinzip dem Minimum der relativen Flexibilitäten der Arbeitssysteme. KAPrel , ges (t ) = Minimum(KAPrel ,1 (t ) ; KAPrel , 2 (t ) ; ... ; KAPrel ,n (t )) mit

KAPrel,ges (t) KAPrel,i (t)

(26.10)

relative Kapazität der gesamten Fertigung [%] relative Kapazität von Arbeitssystem i [%]

In Abhängigkeit von der Reaktionszeit können ggf. unterschiedliche Arbeitssysteme den Durchsatz der Fertigung begrenzen. Im Beispiel von Bild 26.4 begrenzt bis zu einer Reaktionszeit von fünf Tagen Arbeitssystem 3 die Kapazitätsflexibilität der Fertigung, teilweise zusammen mit anderen Arbeitssystemen. Zwischen fünf und sechs Tagen Reaktionszeit ist Arbeitssystem 2 der Durchsatzengpass. Und ab einer Reaktionszeit von sechs Tagen begrenzt Arbeitssystem 1 die relative Kapazität der Fertigung.

26.3 Kapazitätsflexibilität

477

IFA 11.243

Bild 26.4 Überlagerung der Kapazitätshüllkurven der Arbeitssysteme einer Fertigung mit drei Arbeitssystemen zur Kapazitätshüllkurve der Fertigung

Bei komplexen Materialflüssen ist zu überprüfen, ob ein nennenswerter Teil der Aufträge den Durchsatzengpass nicht durchläuft. Ist dies der Fall, kann für diese Aufträge ein getrennter Rückstand an den übrigen Arbeitssystemen berechnet werden. Durch entsprechende Kapazitätserhöhungen an diesen Arbeitssystemen

478

Kapazitätssteuerung

ist es dann möglich, die Fertigung gleichmäßiger auszulasten und die Verspätungen auf die Aufträge zu beschränken, die den Engpass belasten. Zuweilen ist es schwierig, den Durchsatzengpass einer Fertigung zu bestimmen. Dies gilt vor allem, wenn sich die relativen Kapazitäten der Arbeitssysteme nicht wesentlich unterscheiden und der Engpass durch Änderungen im Produktmix wechselt. Eine Möglichkeit, den Engpass in einer derartigen Situation zu identifizieren, ist die Analyse der Blockaden in dezentralen Auftragsfreigabeverfahren. Ein entsprechendes Vorgehen wird in [Lödd-01] beschrieben.

26.4 Konfiguration der Rückstandsregelung Trotz ihrer großen Bedeutung für die Gewährleistung einer hohen Liefertermintreue ist die Rückstandsregelung ein recht junges Forschungsgebiet. In der Praxis werden Grundideen einer Rückstandsregelung dagegen schon lange umgesetzt. Es ist auch ohne theoretische Fundierung einsichtig, dass die Kapazitäten erhöht werden sollten, wenn der Ist-Abgang hinter den Plan-Abgang zurück fällt. Bei einer nicht sachgerechten Anwendung der Rückstandsregelung können die erhofften Resultate jedoch ausbleiben und im schlimmsten Fall sogar neue Probleme entstehen, wie z. B. ein erhöhter Fertigungsbestand oder die Nichtnutzung bereitgestellter Kapazität. Problematisch sind insbesondere eine verzögerte oder eine überbzw. untertriebene Reaktion. Die Konfiguration der Rückstandsregelung umfasst zwei Schritte: Erstens die Wahl der Auslösungslogik (Abschn. 26.4.1). Und zweitens die Festlegung von Dauer und Höhe der Kapazitätsanpassung (Abschn. 26.4.2). Der letzte Abschnitt befasst sich mit dem Fall, dass mehrere alternative Maßnahmen zur Kapazitätsanpassung zur Verfügung stehen (Abschn. 26.4.3). 26.4.1 Auslösungslogik

Die Rückstandsregelung kann in fest definierten Zeitabständen (periodische Rückstandsregelung) oder bei Überschreiten eines Grenzrückstands (ereignisorientierte Rückstandsregelung) ausgelöst werden. Periodische Rückstandsregelung

Bei der periodischen Rückstandsregelung entscheidet ein Unternehmen zu vorab festgelegten Zeitpunkten über Maßnahmen zur Kapazitätsanpassung. Ein möglicher Zeitraum wäre z. B. eine Woche. Die periodische Rückstandsregelung reagiert prinzipbedingt mit einer Verspätung auf Ereignisse, die einen Rückstand auslösen (z. B. Störung einer Maschine, Produktion von Ausschuss). Vor allem bei längeren Planungsperioden (z. B. 1 Woche) ist es häufig sinnvoll, die periodische Rückstandsregelung um eine ereignisorientierte Rückstandsregelung zu ergänzen. Dafür kann die periodische Rückstandsregelung häufig einfacher Maßnahmen zur Kapazitätserhöhung integrieren, die eine Reaktionszeit erfordern (z. B. Wochenendschichten).

26.4 Konfiguration der Rückstandsregelung

479

Die periodische Rückstandsregelung hat häufig den Charakter einer Neuplanung der Kapazitäten. Dies gilt insbesondere bei langen Planungsperioden (vgl. den folgenden Abschnitt zur Festlegung von Dauer und Höhe der Kapazitätserhöhung). Ereignisorientierte Rückstandsregelung

Die ereignisorientierte Rückstandsregelung erhöht die Kapazität eines Arbeitssystems bzw. einer Fertigung, sobald der Rückstand einen definierten Grenzrückstand überschreitet. Eine leistungsfähige Rückstandsmessung vorausgesetzt, reagiert sie daher schneller auf einen Rückstand als eine periodische Rückstandsregelung. 26.4.2 Festlegung von Dauer und Höhe der Kapazitätsanpassung

Ziel einer Kapazitätserhöhung ist es, den Rückstand eines Arbeitssystems bzw. der Fertigung insgesamt abzubauen. Daher sollte das Produkt aus Dauer und Betrag einer Kapazitätsanpassung grundsätzlich dem Rückstand entsprechen. Entsprechend gilt: ∆KAP ⋅ Z Einsatz = RS mit

∆KAP ZEinsatz RS

(26.11)

Kapazitätsanpassung [Std/BKT] Dauer der Kapazitätsanpassung [BKT] Rückstand [Std]

Allgemein gültiger formuliert, sollte das Integral der Kapazitätserhöhung über der Dauer der Kapazitätsanpassung dem Rückstand entsprechen. Diese Formulierung deckt auch eine stufenweise Kapazitätserhöhung ab [Brei-01]. Dauer und Betrag der Kapazitätsanpassung können auf unterschiedliche Art und Weise bestimmt werden. Berechnung des Betrags der Kapazitätsanpassung aus der Dauer der Kapazitätsanpassung

Insbesondere bei einer periodischen Rückstandsregelung wird die Kapazität eines Arbeitssystems bzw. einer Fertigung häufig für die gesamte nächste Periode festgelegt. Die Dauer der Kapazitätsanpassung entspricht dann der Periodenlänge und die Rückstandsregelung nimmt den Charakter einer Neuplanung der Kapazitäten an. Die Fertigungsplanung gibt nicht explizit die Kapazitätserhöhung vor, sondern die (mittlere) Kapazität für die nächste Planungsperiode. Diese ist umso höher, je größer der Rückstand aus der Vorperiode ist. Scholtissek beschreibt zwei Alternativen zur Vorgabe der Plan-Kapazität (Bild 26.5).

480

Kapazitätssteuerung

IFA 10.806

Bild 26.5 Alternativen zur Festlegung der Plan-Kapazität (nach Scholtissek)

In Alternative 1 (Bild 26.5 a) berechnet sich die Plan-Kapazität aus der Differenz der Werte für den Plan-Abgang zum Planperiodenende und den Ist-Abgang zu Beginn der Planperiode sowie der Länge der Planperiode [Scho-95]:

KAPPlan = mit

ABPlan (t1 ) − ABIst (t0 ) P

KAPPlan ABPlan (t1) ABIst (t0) P

(26.12)

Plan-Kapazität [Std/BKT] Plan-Abgang zum Periodenende [Std] Ist-Abgang zum Periodenbeginn [Std] Länge der Planperiode [BKT]

Alternative 2 folgt einem Vorschlag von Scholtissek zur Belastungsorientierten Kapazitätsanpassung (Bild 26.5 b). Scholtissek berechnet den Plan-Abgang, indem er vom Wert des Plan-Zugangs zum Periodenende einen (fixen) Planbestand sowie den Wert des Ist-Abgangs zu Periodenbeginn subtrahiert [Scho-95].

KAPPlan = mit

ZU Plan (t1 ) − BPlan − ABIst (t0 ) P

KAPPlan ZUPlan (t1) BPlan ABIst (t0) P

(26.13)

Plan-Kapazität [Std/BKT] Plan-Zugang zum Periodenende [Std] Plan-Bestand [Std] Ist-Abgang zum Periodenbeginn [Std] Länge der Planperiode [BKT]

Die Berechnung der Kapazitätsanpassung aus der Periodendauer setzt voraus, dass ausreichende Kapazitätsflexibilität an allen Arbeitssystemen zur Verfügung steht. Ist dies nicht der Fall, ist die Kapazitätserhöhung auf das Engpassarbeitssystem der Fertigung abzustimmen (vgl. dazu die folgenden Ausführungen). Die Ka-

26.4 Konfiguration der Rückstandsregelung

481

pazitätsanpassung muss dann auch in der bzw. den Folgeperioden aufrechterhalten werden. Berechnung der Dauer der Kapazitätsanpassung aus der maximal möglichen Kapazitätsanpassung

Der umgekehrte Weg besteht darin, zunächst die maximal mögliche Kapazitätsanpassung zu bestimmen. Dabei werden die Kapazitätsrestriktionen aller Arbeitssysteme der Fertigung berücksichtigt. Ein einfaches Vorgehen ist, nach Gleichung 26.10 die maximale relative Kapazität der Fertigung zu bestimmen und daraus die maximale Kapazitätserhöhung der Arbeitssysteme abzuleiten. Für die Einsatzdauer der Kapazitätsanpassung folgt dann:

Z ∆KAP max = mit

RS ∆KAP max

Z∆KAPmax RS ∆KAPmax

(26.14)

Dauer der Kapazitätsanpassung [BKT] Rückstand [Std] maximal mögliche Kapazitätsanpassung [Std/BKT]

Zuweilen ist es sinnvoll, die Kapazität an einzelnen Arbeitssystemen für begrenzte Zeiträume über dieses Maß hinaus zu erhöhen. Dies gilt etwa dann, wenn einzelne Arbeitssysteme von Störungen betroffen sind und nach Behebung der Störung die Kapazität erhöhen, um den Rückstand aufzuholen.2 Zudem können bestimmte Maßnahmen, z. B. eine Wochenendschicht, nicht beliebig fein dosiert werden. Abweichungen von der berechneten Kapazitätserhöhung sind dann unvermeidlich. Entscheidend ist, die Kapazitäten nicht systematisch und über längere Zeiträume hinweg über einen Grenzwert hinaus zu erhöhen, der vom Durchsatzengpass der Fertigung gerade noch geleistet werden kann. 26.4.3 Ableitung von Maßnahmen zur Kapazitätsanpassung

Häufig stehen Unternehmen unterschiedliche Maßnahmen zur Verfügung, um die Kapazitäten zu verändern. Mögliche Alternativen sind zum Beispiel der Einsatz von Überstunden, Wochenendschichten oder Zeitarbeitern. Es ist dann Aufgabe der Rückstandsregelung zu bestimmen, welche der alternativen Maßnahmen ausgewählt und ggf. kombiniert werden, um einen Rückstand abzubauen. Breithaupt führt dazu eine Reihenfolge ein, in der die verschiedenen Maßnahmen aktiviert werden [Brei-01]. Er sortiert die Maßnahmen dazu nach der Reaktionszeit. Reicht die erste Maßnahme nicht aus, um den Rückstand vollständig abzubauen, wird die nächste Maßnahme aktiviert, usw. Er berücksichtigt dabei auch die Mindestinstallationsdauer von Maßnahmen, um eine Überreaktion zu verhindern. So ist es z. B. nicht sinnvoll, für einen geringen Rückstand eine weitere Schicht einzuführen, wenn diese Maßnahme für einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden muss.

2

Bei Arbeitssystemen vor dem Durchsatzengpass ist dies offensichtlich nur in begrenztem Umfang sinnvoll.

482

Kapazitätssteuerung

Generell gilt es, die Maßnahmen so auszuwählen, dass der Rückstand schnell und kostengünstig abgebaut werden kann. Ein weiteres Kriterium kann die Belastung der Mitarbeiter sein. Bei vielen alternativen Maßnahmen mit unterschiedlichen Reaktionszeiten und Kosten kann es ggf. sinnvoll sein, die Auswahl mit Hilfe von Optimierungsverfahren zu treffen. In der Regel wird dies jedoch nicht erforderlich sein. In jedem Fall sollten Unternehmen klare Kriterien definieren, bei denen die einzelnen Maßnahmen zur Kapazitätserhöhung ausgelöst werden. Diese können z. B. in Form einer Entscheidungstabelle dokumentiert werden [Brei-02] (vgl. Tabelle 26.2 sowie das Praxisbeispiel in Abschn. 26.6). Tabelle 26.2 Entscheidungstabelle für die Bestimmung der Maßnahmen zur Kapazitätserhöhung (Beispiel) Rückstand RS

Maßnahme

Dauer

0 Std < RS ≤

3 Std

1 Überstunde pro BKT

bis RS ≤ 0 Std

3 Std < RS ≤

6 Std

2 Überstunden pro BKT

bis RS ≤ 1 Std

6 Std < RS ≤

8 Std

1 Wochenendschicht pro Woche einmalig

8 Std < RS ≤ 11 Std

1 Wochenendschicht pro Woche Überstunden: + 1 Überstunde pro BKT bis RS < 7 Std

RS > 11 Std

1 Wochenendschicht pro Woche Überstunden: + 2 Überstunden pro BKT bis RS < 8 Std

Es sind dem Autor keine Untersuchungen bekannt, die unterschiedliche Verfahren der Rückstandsregelung miteinander vergleichen. Die Beurteilung von Verfahren der Rückstandsregelung könnte sich an zwei wesentlichen Kriterien orientieren: der Effektivität in der Reduzierung des Rückstands (bzw. der Verringerung der Terminabweichung / Erhöhung der Termintreue) sowie der Effizienz, mit der diese Reduzierung erreicht wird. Ein mögliches Maß für die Effizienz sind die Kosten für die Maßnahmen zur Kapazitätserhöhung bzw. die Anzahl der Überstunden.

26.5 Grundsätze der Rückstandsregelung Die folgenden Ausführungen beschreiben zwei wichtige Grundsätze, die bei der Rückstandsregelung beachtet werden sollten: Die schnelle Reaktion auf einen Rückstand und die Berücksichtigung von Kapazitätsrestriktionen. Schnelle Reaktion

Unternehmen, die ihre Kapazitäten erst dann erhöhen, wenn der Kunde die verspätete Lieferung der Aufträge beklagt, reagieren zu spät. Der für die Verspätung ursächliche Rückstand entsteht an den Arbeitssystemen der Fertigung mit einem zeitlichen Vorlauf. Das Unternehmen sollte daher bereits reagieren, bevor sich die Aufträge gegenüber dem Kundenwunschtermin verspäten. Ist die Entstehung eines Rückstandes absehbar (z. B. bei einer Wartungsmaßnahme, die mit Vorlauf ange-

26.5 Grundsätze der Rückstandsregelung

483

kündigt wird), ist es ggf. sogar möglich, die Kapazitäten anzupassen, bevor der Rückstand auftritt. Eine derartige proaktive Rückstandsregelung ist anzustreben. Da sie Bestandteil der Kapazitätsplanung ist, wird sie hier jedoch nicht weiter vertieft. Es ist erforderlich, den Rückstand laufend zu erfassen und ggf. schnell mit einer Kapazitätserhöhung zu reagieren. Dazu sollte ein Unternehmen eindeutig festlegen, welche Maßnahmen bei welchem Rückstand anzuordnen bzw. zu überprüfen sind. Die Möglichkeit, schnell zu reagieren, hängt darüber hinaus natürlich von der Reaktionszeit der Maßnahmen zur Kapazitätserhöhung ab. Berücksichtigung von Kapazitätsrestriktionen

Unternehmen sollten Kapazitätsrestriktionen bei der Rückstandsregelung berücksichtigen. Wird die Kapazitätserhöhung nicht an allen Arbeitssystemen auf die mögliche Kapazitätserhöhung am Durchsatzengpass abgestimmt, wird der Zweck der Rückstandsregelung verfehlt. Häufig treten zudem unerwünschte Nebeneffekte auf. Dies wird im Folgenden unter der Annahme diskutiert, dass die Maximalkapazität für den Durchsatzengpass einer Fertigung bereits voll ausgeschöpft wird. Erhöht ein Unternehmen in dieser Situation die Kapazität der übrigen Arbeitssysteme, führt dies zu ungleichen Kapazitätsquerschnitten der Arbeitssysteme der Fertigung. Es resultieren – idealisiert – die folgenden Effekte: •

•

•

Der Durchsatz der Fertigung ändert sich (von kurzfristigen, nachfolgend beschriebenen Effekten abgesehen) nicht, da der Durchsatzengpass nicht mehr leistet als zuvor. Entsprechend bleiben auch Rückstand und Terminabweichung der Fertigung im Wesentlichen unverändert. Insgesamt bleiben die von der Kapazitätserhöhung erhofften positiven Effekte aus. Im Teil der Fertigung vor dem Fertigungsengpass baut sich ein erhöhter Fertigungsbestand auf. Dieser Bestandsaufbau wird durch die Zusatzkosten für Überstunden oder Zusatzschichten ggf. besonders teuer erkauft. Begrenzt wird der Bestandsaufbau entweder durch eine Bestandsregelung oder bei einer terminorientierten Auftragsfreigabe durch fehlende dringende Aufträge. In beiden Fällen drohen den Arbeitssystemen Materialflussabrisse. Im Teil der Fertigung nach dem Durchsatzengpass wird der Bestand der Fertigung abgebaut. Dadurch erhöht sich kurzfristig die gemessene Leistung, und die Terminabweichung sowie die Durchlaufzeiten reduzieren sich. Nachdem der Bestand abgebaut ist, drohen Materialflussabrisse.3

Auch bei einem Fertigungsrückstand ist es daher meist nicht sinnvoll, die Kapazitäten der Arbeitssysteme mehr zu erhöhen, als das Arbeitssystem mit der geringsten Kapazitätsreserve zusätzlich leisten kann. Insbesondere kann die Entscheidung über eine Kapazitätserhöhung an einem Arbeitssystem nicht isoliert von den Entscheidungen anderer Arbeitssysteme getroffen werden. Dies erschwert eine dezentrale Rückstandsregelung durch die Mitarbeiter der Arbeitssysteme. 3

Breithaupt installiert daher einen speziellen Regler, um die Kapazitäten nur dann zu erhöhen, wenn ausreichender Bestand vorhanden ist [Brei-01].

484

Kapazitätssteuerung

26.6 Anwendungsbeispiel einer Rückstandsregelung in der Luftfahrtindustrie Hinweis: Das im Folgenden beschriebene Anwendungsbeispiel einer Rückstandsregelung wurde von der Lufthansa Technik GmbH – ohne Mitwirkung des Autors – realisiert [Brei-02]. Die Lufthansa Technik Logistik GmbH (LTL) in Hamburg lagert, transportiert und verleiht Flugzeugersatzteile. Von der Lieferbereitschaft des Unternehmens hängt die Zeitdauer ab, die Flugzeuge bei einer Wartung oder Reparatur auf dem Boden bleiben müssen. Wegen der hohen Kosten für Stillstandszeiten von Flugzeugen sind kurze Lieferzeiten und eine hohe Liefertreue sehr wichtig. In der Regel sagt die LTL ihren Kunden die Lieferung innerhalb eines Tages zu. Um diese Zusage trotz des stark schwankenden Auftragszugangs zuverlässig einhalten zu können, setzt das Unternehmen auf sehr flexible Kapazitäten [Brei-02]: •

Überstunden/Gleitzeit: Die Mitarbeiter können ihre Arbeitszeit auf bis zu 10 Std pro Tag erhöhen. Sie können die geleisteten Überstunden in Perioden eines geringeren Kapazitätsbedarfs abbauen. Mehrfachqualifikation: Die Mitarbeiter werden innerhalb der Bereiche zunächst in vergleichbare Tätigkeiten eingearbeitet. Des Weiteren hat sich das Unternehmen zum Ziel gesetzt, 25% der Mitarbeiter zu Springern auszubilden, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden können. Einsatz von Studenten: Für kurzfristige Kapazitätsspitzen in Randzeiten (Abendstunden, Wochenenden, Feiertage) werden Studenten auf Abruf beschäftigt. Einsatz qualifizierter Leiharbeiter: Das Unternehmen hat eine Gruppe von qualifizierten Leiharbeitern aufgebaut. Die Leiharbeiter können kurz- und mittelfristig für Aufgaben mit höheren Qualifikationsanforderungen eingesetzt werden.

•

• •

Um die Kapazitätsflexibilität effektiv und effizient zu nutzen, schätzt das Unternehmen zweimal täglich den Rückstand ab. Als Hilfsgröße misst es dazu den Bestand offener Aufträge und schließt daraus auf den Rückstand.4 Bei der ersten Messung um 11.00 Uhr beträgt der Plan-Bestand definitionsgemäß 80 Aufträge [Brei-02]. Folglich kann der Rückstand nach folgender Formel abgeschätzt werden: RS = BAIst − BAPlan = BAIst − 80 mit

4

RS BAIst BAPlan

(26.15)

Rückstand (in Anzahl Aufträgen) [-] Ist-Bestand (in Anzahl Aufträgen) [-] Plan-Bestand (in Anzahl Aufträgen) [-]

Zwischen Bestand und Rückstand gibt es bei einer Auftragsfreigabe nach Termin einen direkten Zusammenhang (vgl. Gl. 16.1).

26.6 Anwendungsbeispiel einer Rückstandsregelung in der Luftfahrtindustrie

485

Die LTL berechnet hieraus die erwartete Abgangsterminabweichung bei einer Plan-Leistung von 15 Aufträgen pro Stunde [Brei-02]: TAAerwartet = mit

BAIst − BAPlan BAIst − 80 = LAm 15

TAAerwartet BAIst BAPlan LAm

(26.16)

erwartete Terminabweichung (in Stunden) [Std] Ist-Bestand (in Anzahl Aufträgen) [-] Plan-Bestand (in Anzahl Aufträgen) [-] Leistung (in Anzahl Aufträgen / Stunde) [-/Std]

Aus dem berechneten Rückstand und der erwarteten Terminabweichung schließt die LTL unmittelbar auf die erforderliche Kapazitätsanpassung. Beträgt die erwartete Terminabweichung eine Stunde, wird die Schicht um eine Stunde verlängert, bei zwei Stunden um zwei Stunden, usw. Das Unternehmen hat eine Entscheidungstabelle ausgearbeitet, die genau festlegt, welche Maßnahmen bei welchem Rückstand getroffen werden (Tabelle 26.3). Tabelle 26.3 Entscheidungstabelle für die Kapazitätssteuerung bei der Lufthansa Technik Logistik GmbH (Breithaupt /Panten) Auftragsbestand

erwartete Terminabweichung

[AnzPos]

Kapazitätsänderung

[Std]

Frühschicht [Std]

Mittelschicht [Std]

Spätschicht [Std]

5

-5,0

-2

-2

-1

20 35 50 65 80 95 110

-4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0 1,0 2,0

-2 -2 -2 -1

-2 -1

125

3,0

2

1

140

4,0

≥155

≥5,0

2 2

2 2

1 2

1

weitere Maßnahmen

verstärkte Nutzung von Gleittagen

Einsatz von Springern und Leiharbeitern wird geprüft

Die Lufthansa Technik Logistik hat mit dieser Rückstandsregelung sehr positive Erfahrungen gesammelt. Die Termintreue gegenüber den Kunden stieg mit der Einführung des Systems steil an und das Unternehmen übertrifft heute regelmäßig den Zielwert von 95% [Brei-02]. Für den Einsatz der Rückstandsregelung sind zwei Aspekte vorbildlich: •

Kapazitätsflexibilität: Das Unternehmen gibt sich nicht mit den vorhandenen Möglichkeiten zufrieden. Es baut die Kapazitätsflexibilität vielmehr systematisch aus.

486

•

Kapazitätssteuerung

Formalisierung: Die Lufthansa Technik Logistik trifft eindeutige Aussagen darüber, welche Maßnahmen unter welchen Umständen zu treffen sind. Dies ist für die Realisierung der Rückstandsregelung entscheidend.

26.7 Mitarbeiterdisposition Mit der in Abschnitt 26.3 beschriebenen Mehrfachqualifikation entsteht für die Fertigungssteuerung die Aufgabe zu entscheiden, für welche Tätigkeit bzw. an welchem Betriebsmittel ein Mitarbeiter eingesetzt wird. • • •

Abschnitt 26.7.1 behandelt die Entscheidungskriterien und damit die Frage, wie und mit welcher Zielsetzung die Entscheidung über die Zuordnung eines Mitarbeiters zu einem Arbeitssystem getroffen wird. Abschnitt 26.7.2 erläutert die Auslösungslogik und damit die Frage, wann über die Mitarbeiterdisposition entschieden wird. Abschnitt 26.7.3 erörtert die Lokalität der Entscheidung und damit die Frage, wer über die Mitarbeiterdisposition entscheidet.

26.7.1 Kriterien der Mitarbeiterdisposition

Es können mindestens vier logistische Kriterien unterschieden werden: die Priorität der Aufträge an den Arbeitssystemen, der Rückstand des Arbeitssystems, der Engpassstatus und die Mitarbeitereffizienz für unterschiedliche Aufgaben: •

•

•

•

Auftragspriorität: Ein Unternehmen ordnet einem Mitarbeiter demjenigen freien Arbeitssystem zu, an dem der Auftrag mit der höchsten Priorität wartet. Dies setzt voraus, dass die Prioritäten der Aufträge an verschiedenen Arbeitssystemen vergleichbar sind. Eine Beispiel wäre etwa, den Auftrag mit dem frühesten Plan-Starttermin (bzw. dem frühestens Plan-Endtermin, der niedrigsten Critical Ratio etc.) auszuwählen. Alle genannten Kriterien haben die Erhöhung der Termintreue zum Ziel. Arbeitssystemrückstand: Das Unternehmen ordnet den Mitarbeiter dem freien Arbeitssystem mit dem höchsten Arbeitssystemrückstand (bzw. der höchsten – zu erwartenden – Terminabweichung) zu. Dadurch soll die Termintreue gewährleistet werden. Engpassstatus: Wenn ein Unternehmen an der Kapazitätsgrenze arbeitet, bestimmt der Engpass die Leistung der Fertigung. Entsprechend sollte Engpassarbeitssystemen in diesem Fall immer ein Mitarbeiter zugeordnet sein. Ggf. sind Regelungen zu treffen, die die Betriebszeit der Engpassarbeitssysteme ausweiten. Dies kann z. B. durch Überstunden und Sonderschichten an Engpassarbeitssystemen erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit ist es, eine versetzte Pausenregelung einzuführen, um Engpassarbeitssysteme auch während allgemeiner Betriebspausen zu betreiben. Mitarbeitereffizienz: Unterscheidet sich die Effizienz, mit der Mitarbeiter bestimmte Tätigkeiten durchführen können, ist es vorteilhaft, die Mitarbeiter für derartige Tätigkeiten einzusetzen, die sie besonders effizient ausführen kön-

26.7 Mitarbeiterdisposition

487

nen. Ziel ist damit die Reduzierung der Herstellungskosten. Ein derartiges Vorgehen kann sich auch positiv auf die Leistung und damit auf den Rückstand und die mittlere Terminabweichung der Aufträge auswirken. Es ist jedoch zu überprüfen (und ggf. abzuwägen), ob eine derartige Mitarbeiterdisposition zu einer erhöhten Streuung der Abgangsterminabweichungen führt. 26.7.2 Auslösungslogik

Grundsätzlich ist zwischen einer periodischen und einer ereignisorientierten Mitarbeiterdisposition zu unterscheiden. Periodische Mitarbeiterdisposition

Die periodische Mitarbeiterdisposition entscheidet zu definierten Zeitpunkten darüber, an welchen Betriebsmitteln ein Mitarbeiter eingesetzt wird. Ein Beispiel ist etwa ein Unternehmen, das zu Beginn einer Schicht die Mitarbeiterdisposition festlegt. Vorteil der periodischen Mitarbeiterdisposition ist der geringe Entscheidungsaufwand. Sie kann jedoch zu Situationen führen, in denen Mitarbeiter an Aufträgen arbeiten, deren Plan-Starttermin noch nicht erreicht ist, während an nicht besetzten Maschinen Aufträge auf die Bearbeitung warten, deren PlanStarttermin schon überschritten ist. Ereignisorientierte Mitarbeiterdisposition

Die ereignisorientierte Mitarbeiterdisposition wird durch bestimmte Ereignisse ausgelöst. Ein sinnvolles Ereignis ist die Fertigstellung eines Auftrags durch einen Mitarbeiter. Es können wiederum zwei Strategien unterschieden werden. Bei der ersten Strategie bleibt der Mitarbeiter in jedem Fall am Arbeitssystem, wenn sich ein weiterer Auftrag in der Warteschlange des Arbeitssystems befindet. Dies ist – ähnlich wie die periodische Mitarbeiterdisposition – mit dem Nachteil verbunden, dass der Mitarbeiter ggf. auch nicht dringliche Aufträge bearbeitet. Ein derartiges Vorgehen kann jedoch erforderlich sein, wenn die Inbetriebnahme bzw. das Abschalten des Arbeitssystems mit (erheblichen) Kosten verbunden ist. Die zweite Strategie ist, dass der Mitarbeiter nach der Fertigstellung jedes Auftrags einen Wechsel des Arbeitssystems in Betracht zieht. Dies setzt voraus, dass der Mitarbeiter sich schnell darüber in Kenntnis setzen kann, welchen Arbeitssystemen noch kein Mitarbeiter zugeordnet ist und welcher Auftrag an diesen Arbeitssystemen die höchste Priorität hat. In diesem Fall wird sie in der Regel zu besseren Ergebnissen führen als die erste Strategie. Sie ist auch der periodischen Mitarbeiterdisposition überlegen. Die Entscheidungszeitpunkte können bei der ereignisorientierten Mitarbeiterdisposition jedoch nicht koordiniert werden. 26.7.3 Lokalität der Mitarbeiterdisposition

Grundsätzlich ist zu unterscheiden, ob über die Zuordnung der Mitarbeiter zu den Maschinen von einer zentralen Planungsinstanz entschieden wird, oder ob die Mitarbeiter selber darüber entscheiden, an welchen Arbeitssystemen sie arbeiten. In beiden Fällen sind die in Abschnitt 26.7.1 beschriebenen Kriterien zu berücksichtigen. Eine (logistisch vorteilhafte) ereignisorientierte Mitarbeiterdisposition

488

Kapazitätssteuerung

kann wegen der unkoordinierten Entscheidungszeitpunkte (vgl. dazu den vorigen Abschnitt) in der Regel einfacher realisiert werden, wenn die Verantwortung für die Mitarbeiterdisposition an die Mitarbeiter delegiert wird. Der fehlende Wille oder die mangelnde Möglichkeit, die Verantwortung für die Mitarbeiterdisposition zu delegieren, dürfte zur Verbreitung der mit prinzipbedingten Nachteilen verbundenen periodischen Mitarbeiterdisposition beitragen. Hingegen ist eine zentrale Mitarbeiterdisposition vorteilhaft, wenn sich die Effizienz der Mitarbeiter für bestimmte Tätigkeiten und die Effizienz der Mitarbeiter untereinander deutlich unterscheiden. Mit der Kapazitätssteuerung ist die Erläuterung der Aufgaben der Fertigungssteuerung abgeschlossen. Das folgende Schlusskapitel erläutert, wie die einzelnen Aufgaben der Fertigungssteuerung schlüssig zu einer Gesamtkonfiguration kombiniert werden können.

Teil F

Konfiguration der Fertigungssteuerung

27.1 Einführung............................................................................................. 492 27.2 Auswahl eines Auftragserzeugungsverfahrens...................................... 493 27.3 Auswahl eines Auftragsfreigabeverfahrens ........................................... 496 27.4 Auswahl von Reihenfolgeregeln ........................................................... 502 27.5 Gestaltung der Kapazitätssteuerung ...................................................... 504 27.6 Fallbeispiele .......................................................................................... 505 27.7 Durchsetzung einer Konfiguration ........................................................ 521

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

Damit ein Unternehmen seine logistischen Ziele erreichen kann, genügt es nicht, in einem bestimmten Teilgebiet der Fertigungssteuerung herausragende Ergebnisse zu erzielen. Vielmehr ist die gesamte Fertigungssteuerung aufeinander abzustimmen und sollte darüber hinaus auch Vorgaben aus der Produktionsplanung sowie die Produkt- und Produktionsstruktur berücksichtigen. Nicht nur Praktikern fällt es schwer, für einen spezifischen Anwendungsfall systematisch geeignete Fertigungssteuerungsverfahren auszuwählen. Die Konfiguration der Fertigungssteuerung ist auch in der wissenschaftlichen Theorie noch ein wenig erschlossenes Forschungsfeld. Das folgende Schlusskapitel beschränkt sich weitgehend auf die in den Vorkapiteln beschriebenen Aufgaben und Verfahren der Fertigungssteuerung. Ausführlicher und unter Einbeziehung der Produktionsplanung setzen sich Eversheim [Ever-99] sowie H.-H. Wiendahl [Wien-02] mit dem Thema der Konfiguration der Produktionsplanung und -steuerung auseinander. Die folgenden Ausführungen konzentrieren sich auf die vier im Buch behandelten Aufgaben der Auftragserzeugung, der Auftragsfreigabe, der Reihenfolgebildung und der Kapazitätssteuerung (Bild 27.1).

IFA 11.495

Bild 27.1 Konfiguration der Fertigungssteuerung

492

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

Ziel ist es, durch die abgestimmte Auswahl von Verfahren eine konsistente Konfiguration der Fertigungssteuerung zu erreichen. • • • • • • •

Abschnitt 27.1 führt in die Konfiguration der Fertigungssteuerung ein. Abschnitt 27.2 beschreibt die Kriterien bei der Auswahl eines Auftragserzeugungsverfahrens. Abschnitt 27.3 ist der Auswahl eines Auftragsfreigabeverfahrens gewidmet. Abschnitt 27.4 fasst zusammen, welche Kriterien bei der Reihenfolgebildung berücksichtigt werden sollten. Abschnitt 27.5 erörtert, wie die Kapazitätssteuerung konfiguriert werden kann. Abschnitt 27.6 stellt typische Konfigurationen der Fertigungssteuerung im Gesamtzusammenhang am Beispiel von Unternehmen vor. Abschnitt 27.7 erläutert Aspekte, die bei der Durchsetzung einer Konfiguration zu berücksichtigen sind.

27.1 Einführung Die Konfiguration der Fertigungssteuerung sollte im Idealfall zusammen mit der Konfiguration der Produktionsplanung durchgeführt werden. Dies wird aus Kosten- und Zeitgründen jedoch nicht immer möglich sein. In diesem – nachfolgend beschriebenen Fall – wird die Produktionsplanung als gegeben betrachtet und die Fertigungssteuerung auf sie abgestimmt. Es ist ferner kaum möglich, eine optimale Konfiguration der Fertigungssteuerung zu bestimmen oder auch nur zu definieren. Dies ist auch nicht das Ziel des nachfolgend beschriebenen Vorgehens. Die Probleme vieler Unternehmen in der logistischen Zielerreichung dürften nur im Ausnahmefall darauf zurückzuführen sein, dass sie sich in einem systematischen Konfigurationsprozess für die falsche Konfiguration entschieden haben. Die weitaus häufigere Problemursache scheint zu sein, dass viele Unternehmen die Konfiguration der Fertigungssteuerung nicht bewusst durchführen und damit auch keine genauen bzw. nur unvollständige Vorgaben darüber treffen, wie die Aufgaben der Fertigungssteuerung durchzuführen sind. Trifft diese Einschätzung zu, reicht eine systematische und konsistente Konfiguration der Fertigungssteuerung und die konsequente Durchsetzung dieser Vorgaben bereits aus, um die logistische Zielerreichung erheblich zu verbessern. Gleichfalls ist es wichtiger, alle Aufgaben der Fertigungssteuerung bei der Konfiguration zu berücksichtigen, als bei einer bestimmten Aufgabe ein besonders „gutes“ oder „modernes“ Verfahren auszuwählen und dafür andere Aufgaben zu vernachlässigen. Die Konfiguration der einzelnen Aufgaben der Fertigungssteuerung sollte auf der gleichen logistischen Zielsetzung und den gleichen Annahmen über die logistischen Randbedingungen basieren. Ansonsten kann sie jedoch weitgehend unabhängig voneinander durchgeführt werden. Eine wichtige Ausnahme von dieser Regel betrifft solche Auftragsfreigabeverfahren, die Reihenfolgevertauschungen bei der Auftragsfreigabe oder beim Durchlauf der Aufträge durch die Fertigung

27.2 Auswahl eines Auftragserzeugungsverfahrens

493

verursachen. Dies sind die Verfahren mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich (Workload Control, BOA, ALP) sowie die dezentralen Auftragsfreigabeverfahren (Polca, DBF). Sie sollten mit einer Reihenfolgeregel kombiniert werden, welche die Plan-Endtermine der Arbeitsvorgänge bzw. Aufträge berücksichtigt. Die Konfiguration der Fertigungssteuerung gliedert sich damit in fünf Schritte: 1. 2. 3. 4. 5.

Auswahl eines Auftragserzeugungsverfahrens Auswahl eines Auftragsfreigabeverfahrens Auswahl der Reihenfolgeregeln für die Arbeitssysteme der Fertigung Konfiguration der Kapazitätssteuerung Durchsetzung der Konfiguration

Der letzte Schritt stellt sicher, dass eine Konfiguration der Fertigungssteuerung nicht nur als Konzept entworfen, sondern auch in der Unternehmenspraxis gelebt wird.

27.2 Auswahl eines Auftragserzeugungsverfahrens Die Konfiguration der Auftragserzeugung ist eine sehr bedeutende Aufgabe. Sie sollte sich nicht auf die in diesem Buch dargestellten Verfahren der Lagerfertigung beschränken, sondern auch die Verfahren berücksichtigen, die in der Auftragsfertigung angewendet werden können. Die folgenden Ausführungen beschreiben die Voraussetzungen, bei denen ausgewählte Verfahren der Lagerfertigung sinnvoll eingesetzt werden können. Die sehr wichtige Frage, unter welchen Voraussetzungen ein Produkt auf Lager gefertigt werden sollte und wann auf einen Kundenauftrag hin, wird hier nicht erläutert, weil sie nicht Bestandteil der Fertigungssteuerung ist, vgl. dazu etwa [Gläß-95]. Grundsätzlich gilt jedoch, dass eine Lagerfertigung notwendig ist, wenn die erforderliche Lieferzeit geringer ist als die realisierbare Durchlaufzeit. Hat sich ein Unternehmen entschieden, ein Produkt auf Lager zu fertigen, gilt unabhängig vom Verfahren: Eine geringe Streuung der Bedarfsrate hilft, die Bestände niedrig zu halten. Auf das gesamte Unternehmen bezogen, ist zum einen die Anzahl der Varianten ein Schlüsselkriterium: Je höher die Variantenzahl ist, desto höher ist der (Lager-)Bestand. Zum anderen ist – wie auch in der Auftragsfertigung – ein ausreichendes Maß an Kapazitätsflexibilität vorteilhaft. Für die Auswahl eines spezifischen Verfahrens zur Auftragserzeugung sollte ein Unternehmen mindestens die folgenden drei Hauptkriterien analysieren: •

Planbarkeit des Bedarfs: Das Kriterium sagt aus, mit welcher Genauigkeit, mit welchem Vorlauf und mit welchem Aufwand der Bedarf eines Produktes prognostiziert werden kann. Die Planbarkeit des Bedarfs nimmt in der Regel ab, wenn ein Produkt an viele unterschiedliche Kunden ausgeliefert wird und der Bestellwert für den Kunden gering ist. Sie kann häufig durch eine Kooperation mit dem Kunden und durch den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien erhöht werden. Eine besonders hohe Planbarkeit ist

494

•

•

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

gegeben, wenn der Kunde – wie etwa in der Automobilindustrie z. T. üblich – einen zuverlässigen, genauen und sehr detaillierten Montageplan (bzw. allgemein: Bedarfsplan) erstellt. Planungsnotwendigkeit: Die Planungsnotwendigkeit ist umso höher, je größer die Kosten sind, die aus einer Fehleinschätzung des Bedarfs resultieren. Damit nimmt sie generell mit dem Produktwert zu. Des Weiteren erhöhen häufige Produktwechsel und hohe Kosten für einen Lieferausfall die Planungsnotwendigkeit. Geeigneter Erzeugungsumfang: Grundsätzlich kann zwischen einer einstufigen und einer mehrstufigen Auftragserzeugung unterschieden werden (vgl. dazu ausführlich Kap. 7). Einstufige Verfahren erzeugen Aufträge für jede Sachnummer in getrennten Regelkreisen. Mehrstufige Verfahren erzeugen Aufträge auch für abhängige Bedarfe und erhöhen damit deren Planbarkeit. Grundsätzlich ist eine mehrstufige Auftragserzeugung daher vorteilhaft: Sie kommuniziert die Bedarfe schneller und meist auch unverzerrter als einstufige Verfahren. Bei der Auswahl des geeigneten Entscheidungsumfangs ist neben der Planungsnotwendigkeit aber auch der Aufwand zu berücksichtigen, der für die Auftragserzeugung entsteht. Dieser ist für die mehrstufige Auftragserzeugung häufig (aber nicht immer) höher als für die einstufige Auftragserzeugung.

Für die im Buchteil B erläuterten Verfahren der Auftragserzeugung lassen sich damit die folgenden Anwendungsgebiete ableiten: Bestellbestandsverfahren: Das Bestellbestandsverfahren ist sehr einfach konstruiert. Es kann Informationen über zukünftige Bedarfe kaum berücksichtigen. Allenfalls über Änderungen des Sicherheitsbestandes (und ggf. der Bestelllosgröße) ist es möglich, auf eine veränderte Nachfrage zu reagieren. Es bietet sich damit vor allem an, wenn die Planbarkeit gering ist oder keine Planungsnotwendigkeit besteht. Eine Ausnahme stellen Produkte mit (nahezu) konstanter Bedarfsrate dar. In diesem Fall kann das Bestellbestandsverfahren auch bei einer hohen Planbarkeit und einer hohen Planungsnotwendigkeit (also z. B. bei einem hohen Produktwert) sinnvoll eingesetzt werden. Der Aufwand für die Auftragserzeugung mit dem Verfahren ist gering. Es eignet sich ausschließlich für die einstufige Auftragserzeugung. Kanban: Die Kanban-Steuerung ist ein Sonderfall des Bestellbestandsverfahrens. In der industriellen Anwendung unterscheidet sich das Verfahren hauptsächlich durch die Art der Implementierung (vgl. dazu Abschn. 9.2). Wenn die Kanban-Steuerung in eine sorgfältig durchgeführte Produktionsplanung eingebunden ist, die Bedarfsratenschwankungen minimiert, kann sie auch hochwertige Produkte steuern. Weil die Produkte in der Regel in der Fertigung gelagert werden, begrenzt der verfügbare Platz die mögliche Anzahl der Varianten. Bei sehr kurzen Wiederbeschaffungszeiten löst das Verfahren die vorzeitige Nachfertigung selten nachgefragter Varianten aus und führt damit zu einem Bestandsaufbau. Es eignet sich daher vornehmlich für Produkte mit einer hohen Bedarfsrate. Die Kanban-Steuerung ist ein einstufiges Verfahren, das allerdings häufig mit einer mehrstufigen übergeordneten Produktionsplanung kombiniert wird.

27.2 Auswahl eines Auftragserzeugungsverfahrens

495

Korma: Die Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung ist eine Ergänzung bzw. Erweiterung des Bestellbestandsverfahrens. Entsprechend gelten die Ausführungen zum Bestellbestandsverfahren. Die logistische Zielerreichung kann jedoch durch die Berücksichtigung der Nachfragen während der Wiederbeschaffungszeit in der Reihenfolgebildung und durch einen Belastungsabgleich erhöht werden. Weiterhin koordiniert die Korma Lageraufträge und Kundenaufträge in der Fertigung. Synchro MRP: Das Verfahren ergänzt die Kanban-Steuerung um eine detaillierte und mehrstufige übergeordnete Produktionsplanung. Dies vereinfacht die wirtschaftliche Handhabung technischer Änderungen und einer stärker streuenden Bedarfsrate. Über die Vorgabe von Tagesproduktionsprogrammen ist es beispielsweise möglich, die vorzeitige Nachfertigung selten nachgefragter Produkte zu unterbinden. Synchro MRP setzt damit die Planbarkeit des (Kunden-)Bedarfs voraus und unterstützt gleichzeitig die Planbarkeit abhängiger Bedarfe. Hybride Kanban-Conwip-Steuerung: Grundsätzlich gelten die gleichen Ausführungen wie für die Kanban-Steuerung bzw. für das Bestellbestandsverfahren. Das Verfahren erzeugt die Aufträge jedoch zum Teil mehrstufig (durch Fertigwarenkanbans) und zum Teil einstufig (durch konventionelle Kanbans). Fortschrittszahlensteuerung: Das mehrstufige Verfahren eignet sich in besonderer Weise dazu, Bedarfsinformationen schnell und unverzerrt zu kommunizieren. Es bietet sich daher insbesondere bei einer hohen Planungsnotwendigkeit und einer hohen Planbarkeit der Kundenbedarfe an. Bei entsprechender Verfahrensauslegung kann das Verfahren (ähnlich wie Synchro MRP) die vorzeitige Nachfertigung selten nachgefragter Produkte unterbinden. Es eignet sich daher auch für Produkte mit streuender oder niedriger Bedarfsrate. Für abhängige Bedarfe erhöht das Verfahren die Planbarkeit. Ein weiterer Vorteil ist die Flexibilität der Fortschrittszahlensteuerung. Sie kann durch Parametereinstellungen bestehende und neue Verfahren der Auftragserzeugung abbilden. Zudem lässt das Verfahren – bei entsprechender Anwendung – Freiräume für dezentrale Entscheidungen. Basestock: Die Basestock-Steuerung kann als Sonderfall der Fortschrittszahlensteuerung gedeutet werden. Sie eignet sich insbesondere für die werks- oder unternehmensübergreifende schnelle und unverzerrte Kommunikation von Nachfrageinformationen. Anders als die Fortschrittszahlensteuerung kommuniziert das Verfahren jedoch zumindest nicht zwangsläufig die zukünftige Bedarfsentwicklung, weil sie definitionsgemäß eine Umlaufverschiebung des Kundenbedarfs durchführt. Positiv formuliert, kann sie daher auch bei einer niedrigen Planbarkeit des Bedarfs angewendet werden. Das Verfahren setzt voraus, dass die Wiederbeschaffungszeiten bei steigender Nachfrage reduziert werden können (vgl. Kap. 14). Andernfalls sind entweder Sicherheitsbestände einzuplanen oder aber die Plan-Bestände der Kontrollblöcke regelmäßig anzupassen. PAC: Der Anwendungsbereich des Verfahrens hängt sehr stark von der Parameterfestlegung ab (vgl. Kap. 15). Verallgemeinerbare Aussagen können kaum getroffen werden.

496

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

27.3 Auswahl eines Auftragsfreigabeverfahrens Für die Auswahl eines Auftragsfreigabeverfahrens bietet sich ein zweistufiges Vorgehen an: Zunächst ist eine geeignete Verfahrensklasse auszuwählen (Abschn. 27.3.1). Innerhalb der Verfahrensklasse ist dann die Entscheidung für eines der Verfahren zu treffen (Abschn. 27.3.2). In manchen Fällen ist es sinnvoll, verschiedene Verfahren der Auftragsfreigabe miteinander zu kombinieren. Einige sinnvolle Verfahrenskombinationen werden in Abschnitt 27.3.3 erläutert. 27.3.1 Auswahl einer Verfahrensklasse Es lassen sich drei grundsätzlich verschiedene Klassen der Auftragsfreigabe unterscheiden: die sofortige Auftragsfreigabe, die Auftragsfreigabe nach Termin und die bestandsregelnde Auftragsfreigabe. Die bestandsregelnde Auftragsfreigabe kann weiter unterteilt werden in eine Bestandsregelung mit bzw. ohne arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich (vgl. Kap. 16). Im Folgenden wird zunächst dargestellt, unter welchen Bedingungen die drei Klassen sinnvoll eingesetzt werden können. Sofortige Auftragsfreigabe

Eine sofortige Auftragsfreigabe nach der Auftragserzeugung erhöht in aller Regel den Bestand in der Fertigung. Sie ist zudem nicht in der Lage, zwischen dringenden und nicht dringenden Aufträgen zu unterscheiden und eignet sich daher nur für Ausnahmefälle. Ein derartiger Ausnahmefall ist zum Beispiel dann gegeben, wenn eine einzige Fertigungsinsel bzw. eine Produktionslinie aus einem Rohmaterial ein Halbfabrikat oder ein Endprodukt herstellt. In diesem Fall wird das Material meist erst unmittelbar vor dem Verbrauch aus dem Lager entnommen. Es befindet sich meist nur ein einziger Auftrag in der Fertigungsinsel bzw. Produktionslinie. Selbst wenn ein Unternehmen andere Aufträge formell vorher freigibt, führt dies nicht zu einem Bestandsaufbau in der Fertigung. Eine derartige Konstellation findet sich in der Praxis insbesondere bei der Kanban-Steuerung. Auftragsfreigabe nach Termin

Die Auftragsfreigabe nach Plan-Starttermin zielt auf eine direkte Umsetzung des Produktionsplans (vgl. Kap. 16). Ihre Anwendung ist damit vor allem sinnvoll, wenn die Termin- und Kapazitätsplanung sehr sorgfältig durchgeführt wird, womöglich mit einer Feinterminierung der Arbeitsvorgänge mit begrenzter Kapazität. Werden die Aufträge dagegen unkoordiniert erzeugt, z. B. von Verfahren der Lagerfertigung, und nicht mit begrenzter Kapazität terminiert, ist die Bedeutung des Plan-Zugangstermins geringer. Entsprechend ist auch eine exakte Umsetzung des Plan-Zugangs weniger bedeutsam. Des Weiteren setzt die Auftragsfreigabe nach Termin voraus, dass die Vorgaben der Produktionsplanung durchgesetzt werden können und sollen. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Bei Störungen im Zugang zur Fertigung (z. B. durch fehlendes Material) kann eine Auftragsfreigabe nach Termin Materialflussabrisse

27.3 Auswahl eines Auftragsfreigabeverfahrens

497

in der Fertigung verursachen. Bei Störungen im Abgang führt sie ggf. zu einem Bestandsaufbau in der Fertigung. Schließlich sollte von einer Auftragsfreigabe nach Termin abgewichen werden, wenn die Termin- und Kapazitätsplanung bewusst nicht die volle Kapazität verplant, um einen Spielraum für Störungen zu lassen. Gleichzeitig wird aber von der Fertigung erwartet, dass sie den Plan-Abgang – falls möglich – übertrifft. In diesem Fall soll die Fertigungssteuerung die Produktionsplanung nicht genau einhalten. Daher eignet sich auch eine Freigabe nach Termin nicht für eine derartige Konfiguration der Produktionsplanung. Bestandsregelnde Auftragsfreigabe

Sind eine sofortige Auftragsfreigabe oder eine Auftragsfreigabe nach Termin mit erheblichen Nachteilen verbunden, bietet sich die bestandsregelnde Auftragsfreigabe an. Diese koppelt den Zugang der Fertigung an ihren Abgang und kann so Durchlaufzeiten, Bestand und Auslastung der Fertigung gezielt regeln. Sie setzt voraus, dass ein Teil der Aufträge bereits vor dem Plan-Starttermin freigegeben werden kann. Andernfalls kann sie lediglich eine Überlastung der Fertigung verhindern, aber keine Aufträge vorzeitig freigeben, um Materialflussabrisse zu verhindern. Eine bestandsregelnde Auftragsfreigabe ist insbesondere sinnvoll, wenn die Termin- und Kapazitätsplanung nur mit geringer Genauigkeit durchgeführt wird. Hiervon kann z. B. ausgegangen werden, wenn die Aufträge (bzw. ein Teil der Aufträge) von einfachen Verfahren der Lagerfertigung erzeugt werden. Bei einer Auftragsfertigung bietet sich die bestandsregelnde Auftragsfreigabe bei einer Terminierung in die unbegrenzte Kapazität an. Des Weiteren ist sie vorteilhaft, wenn der Zugang der Fertigung regelmäßig von (erheblichen) Störungen betroffen ist. Gleiches gilt für den Abgang, wenn die Rückstandsregelung Plan-Abweichungen nicht oder nicht schnell genug ausgleichen kann. Schließlich ist die bestandsregelnde Auftragsfreigabe erforderlich, wenn die Termin- und Kapazitätsplanung nur einen Teil der Kapazität verplant, um eine hohe Termintreue zu erreichen, die Fertigung aber möglichst mehr leisten soll als geplant (vgl. Abschn. 27.6.1 für eine derartiges Konfigurationsbeispiel). Die bestandsregelnde Auftragsfreigabe unterteilt sich – wie bereits gesagt – in eine Auftragsfreigabe mit bzw. ohne arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich (Bild 27.2). Ein arbeitssystemspezifischer Belastungsabgleich ist sinnvoll, wenn die gleichmäßige Auslastung der Arbeitssysteme der Fertigung ein wichtiges logistisches Ziel ist und die folgenden Voraussetzungen für einen arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich gegeben sind: •

Die Fertigung meldet die Fertigstellung der Arbeitsvorgänge zurück: Im Grundverfahren setzen alle drei beschriebenen Verfahren mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich die Rückmeldung von Arbeitsvorgängen voraus. Lediglich einige Varianten der Workload Control-Steuerung beschränken sich auf die Rückmeldung ganzer Aufträge.

498

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

IFA 11.238

Bild 27.2 Klassifizierung bestandsregelnder Auftragsfreigabeverfahren

•

•

•

Reihenfolgevertauschungen bei der Auftragsfreigabe können im Auftragsdurchlauf ausgeregelt werden oder die Termintoleranz ist relativ hoch: Andernfalls können die Reihenfolgevertauschungen bei der Auftragsfreigabe zu einer verringerten Termintreue führen. Die Materialflusskomplexität ist ausreichend hoch, um einen effektiven Belastungsabgleich zu ermöglichen: Die Verfahren nutzen Unterschiede im Auftragsdurchlauf aus, um einen Belastungsabgleich durchzuführen. Lediglich die Auftragsfreigabe mit linearer Programmierung kann einen Belastungsabgleich auch über Unterschiede in den Auftragszeiten erreichen. Mindestens ein Teil der Aufträge kann vor dem Plan-Starttermin freigegeben werden: Die Effektivität des Belastungsabgleichs nimmt mit der Anzahl der Aufträge in der Liste freizugebender Aufträge zu. Können alle Aufträge erst zum Plan-Starttermin freigegeben werden, wird die Auftragsliste häufig entweder leer sein oder zumindest nur sehr wenige Aufträge enthalten. Entsprechend können die Verfahren ihre Zielsetzung, einen Belastungsabgleich durchzuführen, nicht erreichen.

Die bestandsregelnde Auftragsfreigabe ohne arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich ist durch die folgenden Eigenschaften gekennzeichnet: •

•

•

Die Wirksamkeit der Verfahren nimmt nicht mit der Anzahl der Aufträge in der Liste freizugebender Aufträge zu. So lange sich immer mindestens ein Auftrag in der Liste befindet, kann der Bestand der Fertigung geregelt werden. Entsprechend reicht ein kürzerer Vorgriffshorizont (oder allgemein eine niedrigere Belastungsflexibilität) aus als bei Verfahren mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich. Bei komplexen Materialflüssen, wechselnden Engpässen und einer unkoordinierten Auftragserzeugung erzielt die Auftragsfreigabe ohne arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich bei einem vergleichbaren Bestand eine etwas niedrigere Leistung als die Auftragsfreigabe mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich (vgl. Abschn. 16.1.4). Die bestandsregelnde Auftragsfreigabe ohne arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich führt bei der Auftragsfreigabe zu keinen Reihenfolge-

27.3 Auswahl eines Auftragsfreigabeverfahrens

499

vertauschungen (zentrale Bestandsregelung) bzw. nur zu vergleichsweise geringen Reihenfolgevertauschungen (dezentrale Bestandsregelung). Entsprechend kann sie zum einen eher mit einer Terminierung in die begrenzte Kapazität vereinbart werden als Auftragsfreigabeverfahren mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn im Zugang oder Abgang der Fertigung Störungen auftreten. Zum anderen führen Verfahren ohne arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich nicht zu einem Zielkonflikt mit der Termintreue. Die bestandsregelnde Auftragsfreigabe ohne arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich lässt sich weiter unterteilen in eine zentrale und in eine dezentrale Bestandsregelung. Die Vor- und Nachteile einer zentralen bzw. dezentralen Bestandsregelung werden ausführlich in Kap. 16 diskutiert. Ausschlaggebende Kriterien werden häufig die gewünschte Einbindung der Fertigungsmitarbeiter in die Fertigungssteuerung und die Einfachheit der Verfahren sein. Diese beiden Kriterien werden nachfolgend noch einmal kurz diskutiert. Einbindung der Mitarbeiter: Eine dezentrale Bestandsregelung bietet wesentlich größere Möglichkeiten, die Fertigungsmitarbeiter in die Fertigungssteuerung und damit auch in die Verantwortung für die logistische Zielerreichung einzubinden. Die engmaschigen Bestandsregelkreise vermitteln Informationen über die Bestandssituation nachfolgender Arbeitssysteme. Es ist prinzipiell möglich, den Mitarbeitern die Verantwortung über die Bestandshöhe und damit auch über die Durchlaufzeiten an den Arbeitssystemen zu übertragen. Bei einer zentralen Bestandsregelung ist dies nicht möglich. Die Fertigungsmitarbeiter haben nur sehr geringe Möglichkeiten, auf Bestand und Durchlaufzeit einzuwirken. Sie werden durch die Verfahren auch nicht automatisch über die Bestandssituation anderer Arbeitssysteme informiert [Hopp-96]. Die bessere Einbindung der Mitarbeiter dezentraler Bestandsregelungsverfahren ist jedoch nicht zwangsläufig vorteilhaft. Sie setzt fundierte Verfahrenskenntnisse der Fertigungsmitarbeiter voraus. Wendet nur ein Fertigungsmitarbeiter das Verfahren falsch an, kann daraus die Blockade der gesamten Fertigung resultieren. Einfachheit der Verfahren: Zentrale Verfahren der Bestandsregelung sind (insbesondere wenn sie keinen arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich durchführen) sehr einfach. Es sind wesentlich weniger Verfahrensparameter einzustellen als bei den dezentralen Verfahren. Entsprechend ist die Gefahr einer Fehldimensionierung deutlich geringer. 27.3.2 Auswahl eines Verfahrens Die Wahl eines Auftragsfreigabeverfahrens wird im Folgenden zunächst für die Auftragsfreigabe mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich erläutert. Für die Auftragsfreigabe ohne arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich wird die Verfahrensauswahl für eine zentrale und eine dezentrale Bestandsregelung diskutiert.

500

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

Auftragsfreigabe mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich

Es stehen drei Auftragsfreigabeverfahren zur Verfügung, die einen arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich bei der Auftragsfreigabe durchführen: Workload Control (WC), Belastungsorientierte Auftragsfreigabe (BOA) und die Auftragsfreigabe mit linearer Programmierung (ALP). Die Verfahrenskomplexität und die Güte des Belastungsabgleichs nehmen in dieser Reihenfolge zu. Die Parameterfestlegung der ALP scheint so komplex, dass nur besonders qualifizierte Fertigungssteuerer die Auswirkungen des Verfahrens abschätzen können. Dies gilt insbesondere für den Einfluss des Verfahrens auf die Termintreue. Das Verfahren eignet sich aufgrund des hohen Rechenaufwands auch nur bedingt für eine ereignisorientierte Auftragsfreigabe. Sie müsste nach jedem abgeschlossenen Arbeitsvorgang einen neuen Optimierungslauf durchführen. Vorteil der ALP ist, dass sie bei der Auftragsfreigabe nicht nur die unterschiedlichen Auftragsdurchläufe, sondern auch Unterschiede in den Auftragszeiten der Aufträge für einen Belastungsabgleich ausnutzen kann. Dies gelingt weder der BOA noch der Workload Control-Steuerung in befriedigendem Umfang. Die Güte des Belastungsabgleichs ist sowohl bei der BOA als auch bei der Workload Control-Steuerung aufgrund der fehlenden Optimierung geringer als bei der ALP. Dafür können die Auswirkungen auf Termintreue und Reihenfolgevertauschungen besser abgeschätzt und einfacher begrenzt werden als bei der ALP. Dies gilt insbesondere, wenn die Verfahrensregeln so ausgelegt werden, dass Aufträge mit vielen Arbeitsvorgängen bei der Auftragsfreigabe nicht benachteiligt werden (vgl. dazu Abschn. 20.1.2). Die BOA ist das einzige der drei Verfahren, das die Position der freigegebenen Aufträge in der Fertigung und die Reihenfolge, in der ein freizugebender Auftrag die Arbeitssysteme einer Fertigung durchläuft, über eine Abzinsung der Auftragszeiten berücksichtigt. Es bietet sich im Vergleich zur Workload Control-Steuerung oder zur ALP daher insbesondere an, wenn die Position der Arbeitssysteme im Durchlauf der Varianten stark variiert (vgl. Kap. 21). Dieser Vorteil ist gegenüber der Workload Control-Steuerung mit dem Nachteil eines höheren Aufwandes bei der Parameterfestlegung (Abzinsungsfaktoren) und gegenüber der Workload Control-Steuerung und der ALP mit dem Nachteil potentiell höherer Bestandsschwankungen abzuwägen. Größter Vorteil der Workload Control-Steuerung ist ihre Einfachheit. Sie kann mit vertretbarem Aufwand auch ohne EDV-Lösung mit sog. generischen Kanbans umgesetzt werden (vgl. [Chan-94]). Dies scheint weder bei der BOA noch bei der ALP möglich. In der Verfahrensvariante von Tatsiopoulos verzichtet die Workload Control-Steuerung sogar auf die arbeitssystemspezifische Rückmeldung der Aufträge, was sich aber negativ auf die Güte des Belastungsabgleichs auswirken dürfte. Zentrale Bestandsregelung

Die Conwip-Steuerung und die Engpass-Steuerung führen eine zentrale Bestandsregelung durch, ohne die Reihenfolge der Aufträge bei der Freigabe zu verändern. Die Engpass-Steuerung eignet sich, wenn •

das Engpassarbeitssystem klar definiert ist,

27.3 Auswahl eines Auftragsfreigabeverfahrens

• •

501

die Engpässe nicht wechseln und die Position des Engpassarbeitssystems im Auftragsdurchlauf nicht stark variiert. In den übrigen Fällen ist die Conwip-Steuerung vorzuziehen.

Dezentrale Bestandsregelung

Für eine dezentrale Bestandsregelung existieren die Alternativen der PolcaSteuerung und der Dezentralen Bestandsorientierten Fertigungsregelung (DBF). Die Polca-Steuerung kann bei einfachen Materialflüssen sinnvoll eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft sind Materialflüsse, in denen die Arbeitssysteme nur ein bzw. nur sehr wenige mögliche Vorgängerarbeitssysteme haben. Für sehr komplexe Materialflüsse mit vielen Rückflüssen eignet sich die Polca-Steuerung dagegen nicht. Die DBF kann sowohl bei einfachen als auch bei komplexen Materialflüssen eingesetzt werden. Parameterfestlegung und Umsetzung vereinfachen sich aber bei gerichteten Materialflüssen ohne Rückflüsse. In diesem Fall entfallen die Vergabe von Positionsnummern und ihre Berücksichtigung bei der Auftragsfreigabe. 27.3.3 Kombination von Verfahren der Auftragsfreigabe Es ist möglich, unterschiedliche Verfahren der Auftragsfreigabe zu kombinieren. Sinnvoll ist dies allerdings nur, wenn die Verfahren unterschiedlichen Verfahrensklassen angehören. So kann die BOA sinnvoll mit einer Conwip-Steuerung, aber nicht mit einer Workload Control-Steuerung kombiniert werden. In Praxis und Theorie sind derartige Kombinationen noch weitgehendes Neuland. Sinnvoll erscheinen insbesondere die folgenden Kombinationen. Kombination einer periodischen Auftragsfreigabe mit einer ereignisorientierten Auftragsfreigabe

Eine derartige Kombination (vgl. Bild 27.3) ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die periodische Auftragsfreigabe mit einem arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich verbunden ist. Sie legt dann die Reihenfolge fest, in der die Aufträge für die Fertigung freigegeben werden. Aufgabe der ereignisorientierte Auftragsfreigabe ist es, den genauen Zeitpunkt der Freigabe zu bestimmen. Sie vermeidet die bei der periodischen Auftragsfreigabe insbesondere bei längeren Planperioden unvermeidbaren Bestandsschwankungen in der Fertigung. Ein Beispiel wäre es, periodisch mit der Belastungsorientierten Auftragsfreigabe oder der Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung eine Liste mit (in erster Stufe) freigegebenen Aufträgen zu generieren. Die Aufträge in dieser Liste werden dann über eine Conwip-Steuerung oder über die DBF ereignisorientiert für die Fertigung freigegeben.

502

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

IFA 11.236

Bild 27.3 Kombination unterschiedlicher Verfahren der Auftragsfreigabe

Hybride Bestandsregelung

Eine hybride Bestandsregelung kombiniert eine zentrale Bestandsregelung (mit oder ohne arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich) mit einer dezentralen Bestandsregelung (vgl. Bild 16.3). Ein Beispiel wäre die Kombination einer Conwip-Steuerung mit der DBF. Ein Auftrag würde nur dann für die Fertigung freigegeben, wenn sowohl der Bestand der gesamten Fertigung als auch der Bestand des ersten Arbeitssystems die jeweiligen Bestandsgrenzen unterschreiten würden. Die resultierende Bestandsregelung wäre restriktiver als die Auftragsfreigabe mit nur einem der Verfahren. Simulationen der hybriden Kanban-Conwip-Steuerung mit nur einer Variante deuten darauf hin, dass eine hybride Bestandsregelung Vorteile verspricht [Bonv-97]. Sie könnte eine bestimmte Leistung bei einem niedrigeren Bestand erreichen als die Conwip-Steuerung oder die DBF in der isolierten Anwendung. Dies müsste allerdings in weiteren Simulationsversuchen bestätigt werden. Zudem existieren noch keine Ansätze zur modellbasierten Parameterfestlegung einer hybriden Bestandsregelung. Nachteil der hybriden Bestandsregelung ist der höhere Steuerungsaufwand.

27.4 Auswahl von Reihenfolgeregeln Eine wichtige Aufgabenstellung bei der Konfiguration der Fertigungssteuerung ist es, für jedes Arbeitssystem eine eindeutig definierte Reihenfolgeregel festzulegen. Wichtigstes Entscheidungskriterium ist die primäre logistische Zielsetzung, also ob ein Unternehmen die Termintreue, den Servicegrad oder die Auslastung eines Unternehmens mit einer geeigneten Reihenfolgebildung verbessern möchte. Auf die Zielgrößen Bestand und Durchlaufzeit kann mit einer Reihenfolgeregel sinnvoll kaum eingewirkt werden (vgl. dazu Kap. 25.4). Sie werden daher im Fol-

27.4 Auswahl von Reihenfolgeregeln

503

genden für die Reihenfolgebildung nicht mehr berücksichtigt. Die Wirkung ausgewählter Reihenfolgeregeln fasst Tabelle 27.1 zusammen. Die Vor- und Nachteile der einzelnen Reihenfolgeregeln und ihre Anwendungsgebiete werden ausführlich in Kap. 25 erläutert. Tabelle 27.1 Zuordnung ausgewählter Reihenfolgeregeln zur primären logistischen Zielgröße Primäre logistische Zielgröße

Reihenfolgeregel

Termintreue

• • • • •

Servicegrad Leistung

Frühester Plan-Starttermin Frühester Plan-Endtermin Kleinster Schlupf / Critical Ratio First in First out Flussgrad Wahrscheinliche Terminierung

• Rüstzeitoptimierende Reihenfolgebildung • Extended Work in next Queue (XWINQ)

Zweites Entscheidungskriterium ist das Potenzial der Reihenfolgeregel an einem Arbeitssystem, die gewünschte logistische Zielgröße beeinflussen zu können. Dieses Kriterium ist insbesondere für die Reihenfolgeregeln bedeutsam, die auf eine Erhöhung der Leistung zielen. Die XWINQ-Reihenfolgeregel setzt einen komplexen Materialfluss voraus; eine rüstzeitminimierende Reihenfolgeregel wirkt nur, wenn die Rüstzeiten nennenswert sind und von der Bearbeitungsreihenfolge der Aufträge abhängen. In jedem Fall hat die Reihenfolgeregel erhebliche Auswirkungen auf die Termintreue (bzw. in einer Lagerfertigung auf den Servicegrad). Diese Zielgröße wird daher in der Mehrzahl der Fälle die Reihenfolgeregel bestimmen. Drittes Entscheidungskriterium ist die Durchsetzbarkeit einer Reihenfolgeregel. So setzt etwa die in Abschnitt 25.2 beschriebene Reihenfolgeregel zur Erhöhung des Servicegrads voraus, dass die Prioritätskennziffern der Aufträge ständig neu berechnet und kommuniziert werden. Kombinierte Reihenfolgeregeln können die Fertigungsmitarbeiter ggf. überfordern. Dagegen kann die FIFO-Regel teilweise auch durch physische Hilfsmittel wie z. B. Durchlaufregale durchgesetzt werden. Viertes Entscheidungskriterium ist der Detaillierungsgrad und die Güte der Terminierung der Aufträge. Legt die Terminierung den Plan-Startzeitpunkt von jedem Arbeitsvorgang aller Aufträge in einer Feinterminierung in die begrenzte Kapazität fest und berücksichtigt dabei auch Randbedingungen wie reihenfolgeabhängige Rüstzeiten, wird es in der Regel die Aufgabe der Reihenfolgebildung sein, die Plan-Vorgaben so detailgetreu wie möglich umzusetzen. Es liegt dann nahe, unabhängig von der logistischen Zielsetzung jeweils den Auftrag mit dem frühesten Plan-Starttermin am Arbeitssystem auch als erstes zu bearbeiten. Eine Kombination von Reihenfolgeregeln lässt sich nicht immer vermeiden. Dies gilt insbesondere, wenn verschiedene logistische Zielgrößen gleichzeitig berücksichtigt werden sollen. Dazu seien zwei Fälle erläutert: 1. Konkurrenz von Leistung und Servicegrad bzw. Termintreue: Es sei ein durchsatzbestimmendes Arbeitssystem mit reihenfolgeabhängigen Rüstzeiten be-

504

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

trachtet. Eine Abfertigung der Aufträge in der Reihenfolge des PlanStarttermins der Arbeitsvorgänge würde hohe Rüstzeiten, eine rüstzeitminimierende Abarbeitung dagegen eine hohe Streuung der Durchlaufzeiten und damit der Abgangsterminabweichung verursachen. Verschiedene Möglichkeiten, mit dieser Zielkonkurrenz umzugehen, werden in Abschnitt 25.3.1 erläutert. 2. Konkurrenz von Termintreue und Servicegrad: Dieser Fall tritt in Mischfertigungen auf, in denen Kundenaufträge und Lageraufträge um die Ressourcen konkurrieren. Um die Aufträge zu koordinieren, können die Lageraufträge regelmäßig neu terminiert werden (vgl. Abschn. 10.1). Die Plan-Start- bzw. Endtermine der Arbeitsvorgänge bilden dann ein geeignetes Kriterium für die Reihenfolgebildung. Eine Alternative ist die in Abschnitt 25.2 beschriebene Prioritätskennziffer für Lageraufträge (Gl. 25.2 bzw. Gl. 25.3). Sie kann direkt mit der Critical Ratio von Kundenaufträgen verglichen werden (vgl. Gl. 25.4 sowie generell Abschn. 25.2).

27.5 Gestaltung der Kapazitätssteuerung Erster Schritt der Gestaltung der Kapazitätssteuerung ist die Entscheidung, ob eine Rückstandsregelung durchgeführt werden soll oder eine leistungsmaximierende Kapazitätssteuerung. Die erste Alternative ist dann sinnvoll, wenn nicht die Kapazität, sondern die Marktnachfrage die Leistung begrenzt. Die zweite Alternative eignet sich im umgekehrten Fall, wenn also die Marktnachfrage größer ist als die maximale Leistung der Fertigung. Unabhängig von der gewählten Strategie der Kapazitätssteuerung sind drei Teilbereiche zu konfigurieren: Rückstandsmessung, Kapazitätsflexibilität und Maßnahmenableitung. Rückstandsmessung: Ein Unternehmen muss festlegen, • • • •

welche Messgröße (z. B. Rückstand oder Bestand) und welche Einheit (z. B. Std oder ME) es zur Rückstandsmessung verwendet, ob der Rückstand periodisch, zu bestimmten Ereignissen oder kontinuierlich gemessen wird, welches Messmittel verwendet wird und ob der Rückstand für die Arbeitssysteme der Fertigung oder für die gesamte Fertigung gemessen werden soll.

Diese Aspekte werden in Abschnitt 26.2.1 detailliert erläutert. Die Art der Rückstandsmessung wird zudem vom verwendeten Verfahren der Auftragserzeugung beeinflusst (vgl. Abschn. 26.2.2). Ist die Kapazitätssteuerung als Rückstandsregelung ausgelegt, leiten Unternehmen aus dem gemessenen Rückstand die erforderliche Kapazitätsanpassung ab. Bei einer leistungsmaximierenden Kapazitätssteuerung wird der Rückstand vor allem als Eingangsgröße der Produktionsplanung verwendet. Kapazitätsflexibilität: Die Kapazitätsflexibilität ist kurzfristig eine gegebene Größe. Sie beinhaltet die Maßnahmen zur Kapazitätserhöhung (bzw. zu ihrer Reduzierung), die erforderliche Reaktionszeit und die Kosten zur Umsetzung der Maßnahmen und das mögliche Ausmaß der Kapazitätserhöhung. Die Kapazitäts-

27.6 Fallbeispiele

505

flexibilität einer Fertigung wird durch die minimale Kapazitätsflexibilität der Arbeitssysteme begrenzt (Engpassprinzip). Mittel- und langfristig ist es Aufgabe des Unternehmens, die Kapazitätsflexibilität zu gestalten, z. B. durch die Vereinbarung neuer Arbeitszeitmodelle für die Mitarbeiter und/oder durch Qualifizierungsmaßnahmen. Für eine Rückstandsregelung ist vor allem die erforderliche Reaktionszeit einer Kapazitätsänderung bedeutend. Bei der leistungsmaximierenden Kapazitätssteuerung ist das Ausmaß der Kapazitätserhöhung an den Engpassarbeitssystemen häufig wichtiger als eine kurze Reaktionszeit. Aspekte der Kapazitätsflexibilität werden ausführlich in Abschnitt 26.2 erläutert. Maßnahmenableitung: Ein Unternehmen hat zum einen festzulegen, zu welchen Zeitpunkten es über eine Veränderung der Kapazitäten entscheidet. Dies kann periodisch oder nach bestimmten Ereignissen geschehen. Die jeweiligen Vor- und Nachteile werden ausführlich in Abschnitt 26.4.1 erläutert. Zum anderen sind Ausmaß und Dauer einer Kapazitätsanpassung zu bestimmen. Diese orientieren sich bei einer Rückstandsregelung am Rückstand der Fertigung und an der Kapazitätsflexibilität. Bei einer leistungsmaximierenden Kapazitätssteuerung ist zwischen den durchsatzbestimmenden Arbeitssystemen und den Arbeitssystemen mit Kapazitätsreserven zu unterscheiden. Für erstere steht die Maximierung der Kapazität im Vordergrund. Bei letzteren ist die Kapazitätssteuerung darauf auszurichten, die Versorgung der durchsatzbestimmenden Arbeitssysteme sicherzustellen. Stehen mehrere Maßnahmen zur Kapazitätserhöhung zur Verfügung, ist ein Vorgehen festzulegen, wie die Maßnahmen ausgewählt und Ausmaß und Dauer der Kapazitätserhöhung einer Maßnahme bestimmt werden. Das Vorgehen kann zweckmäßig in Form einer Entscheidungstabelle dargestellt werden. Kann die Kapazität mit unterschiedlichen Maßnahmen in vergleichbarer Zeit und zu ähnlichen Kosten angepasst werden, bestehen Freiräume in der Maßnahmenauswahl. Diese können z. B. genutzt werden, um die Kapazitätserhöhung möglichst mitarbeiterfreundlich umzusetzen.

27.6 Fallbeispiele Mögliche Konfigurationen der Fertigungssteuerung werden im Folgenden anhand von drei exemplarischen Fallbeispielen beschrieben. Diese bilden einen Großteil der in der Praxis üblichen Fertigungstypen ab. •

•

Abschnitt 27.6.1 beschreibt die Konfiguration der Fertigungssteuerung in einer Auftragsfertigung. Als Branche wird die Leiterplattenindustrie gewählt. Besondere Aufmerksamkeit ist der Frage gewidmet, wie ein Unternehmen in der Fertigungssteuerung auf ausgeprägte Konjunkturzyklen reagieren kann. Abschnitt 27.6.2 erläutert die Konfiguration der Fertigungssteuerung in einem Unternehmen, das sehr viele unterschiedliche Varianten von Präzisionswerkzeugen für die Metall verarbeitende Industrie herstellt. Betrachtet wird eine

506

•

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

Mischfertigung, in der ein Teil der Varianten auf Lager und ein anderer Teil auf einen Kundenauftrag hin gefertigt werden. Abschnitt 27.6.3 stellt die Fertigungssteuerung in einer Lieferkette der Automobilindustrie dar. Im Mittelpunkt der Betrachtung steht dabei ein Serienfertiger von Ventilen für die Motorenwerke von Automobilherstellern. Es handelt sich um eine reine Lagerfertigung.

Allen drei Fallbeispielen liegen tatsächliche Unternehmen zugrunde. Die beschriebene Fertigungssteuerung orientiert sich jedoch nicht an der tatsächlichen Ausprägung der Fertigungssteuerung. Sie folgt vielmehr dem beschriebenen Vorgehen zur Konfiguration der Fertigungssteuerung. Das Ergebnis weicht dementsprechend zum Teil erheblich von der tatsächlich existierenden Fertigungssteuerung ab. 27.6.1 Fertigungssteuerung in einer Auftragsfertigung Die Leiterplatten GmbH stellt in kundenspezifischer Auftragsfertigung Leiterplatten her. Das Geschäft ist ausgeprägt zyklisch. In konjunkturellen Hochphasen kämpfen viele Unternehmen der Branche mit erhöhten Fertigungsbeständen, langen Durchlaufzeiten und einer schlechten Liefertreue. Aber auch bei nachlassender Nachfrage gelingt es nur einer Minderheit der Unternehmen, eine hohe Liefertreue zu erreichen. Die folgenden Abschnitte beschreiben die Aufgabe der Fertigungssteuerung und eine mögliche Konfiguration von Fertigungssteuerungsverfahren. Logistische Zielsetzung

In konjunkturellen Hochzeiten stehen eine möglichst hohe Auslastung und eine hohe Liefertreue im Vordergrund. Die hohe Auslastung ist erforderlich, um einen möglichst hohen Umsatz zu erzielen. Eine hohe Liefertreue vermeidet zum einen Kosten für Expressauslieferungen und Konventionalstrafen. Zum anderen ist sie ein exzellentes Mittel, um die Kunden auch langfristig an das Unternehmen zu binden. Im Branchendurchschnitt sinkt die Liefertreue in konjunkturellen Hochzeiten nämlich deutlich ab. Die meisten Kunden akzeptieren bei sehr guter Konjunktur zwar längere Lieferzeiten. Es können jedoch bei Zusage kurzer Lieferzeiten höhere Preise erzielt werden. Mindestens für einen Teil der Aufträge sollte es daher möglich sein, kurze Lieferzeiten zuzusagen. Von geringerer Bedeutung ist der Bestand. Die Leiterplatten GmbH unterhält als Auftragsfertiger kein Fertigwarenlager. Da Leiterplatten aus standardisiertem Basismaterial hergestellt werden, ist auch die Kapitalbindung im Rohmateriallager vergleichsweise gering. Aus Qualitätsgründen und um die Kapitalbindung gering zu halten, sollte der Umlaufbestand in der Fertigung jedoch möglichst gering gehalten werden. Im konjunkturellen Tief kann eine hohe Auslastung der Betriebsmittel mangels Nachfrage nicht erzielt werden. Entsprechend gewinnen die Zielgrößen Lieferzeit und Liefertreue an Bedeutung. Der Bestand ist dagegen auch hier von geringerer Bedeutung.

27.6 Fallbeispiele

507

Fertigungsumgebung

Die Fertigung ist in Teilen nach dem Werkstättenprinzip organisiert. Dies gilt etwa für die Bohrerei, die Fräserei und die Druckerei. In anderen Teilen kann dagegen ein Fließprinzip realisiert werden. Die Auflagenhöhe der Serien variiert beträchtlich. Die mittlere Losgröße beträgt etwa 100 Stück. Aufgrund zahlreicher Änderungen im Layout der Leiterplatten ist die Wiederholhäufigkeit der Varianten gering. Die meisten Varianten werden nur ein- oder zweimal aufgelegt. Weite Teile der Fertigung sind durch einen losweisen Transport gekennzeichnet. Für einen kleineren Teil der Arbeitsvorgänge hat das Unternehmen jedoch bereits ein One-piece-flow-Prinzip realisiert. Es will diesen Anteil zukünftig weiter ausbauen. Die Variantenanzahl ist aufgrund der kundenspezifischen Produkte sehr hoch und praktisch unbegrenzt. Die Materialflusskomplexität ist trotz der hohen Variantenvielfalt relativ gering. Die Leiterplattenherstellung folgt in wesentlichen Prozessschritten immer der gleichen Reihenfolge. Ein Teil der Prozessschritte wird jedoch nur bei bestimmten Leiterplattentypen benötigt. Zudem variiert die Reihenfolge, in der bestimmte Arbeitsvorgänge ausgeführt werden. Tabelle 27.2 Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale der Leiterplatten GmbH Kriterium Fertigungsprinzip Fertigungsart Teilefluss Variantenanzahl Materialflusskomplexität Schwankung des Kapazitätsbedarfs Kapazitätsflexibilität Belastungsflexibilität

Ausprägungen WerkstätBaustellenInseltenprinzip prinzip prinzip Einzel-und SerienEinmalfertigung Kleinfertigung serienfertigung Losweiser Chargenüberlappte Transport fertigung Fertigung Werkbankprinzip

Fließprinzip Massenfertigung One-PieceFlow

sehr niedrig

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

sehr niedrig

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

sehr niedrig

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

sehr niedrig

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

sehr niedrig

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

Die Konjunktur für Leiterplatten verläuft stark zyklisch. Bei guter Konjunktur ist es der Leiterplatten GmbH in der Regel nicht möglich, alle Kundenanfragen anzunehmen. Im Konjunkturtief kann der Drei-Schicht-Betrieb der Anlagen dagegen zum Teil nicht aufrechterhalten werden. Die Belastungsflexibilität ist – auch wegen der breiten Kundenbasis – vergleichsweise groß. Mit Ausnahme von Anfragen wichtiger Stammkunden kann es sich das Unternehmen leisten, mögliche Kundenaufträge abzulehnen. Zudem ist

508

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

die Durchlaufzeit für einen Großteil der Aufträge wesentlich geringer als die Lieferzeit. Dagegen ist die Kapazitätsflexibilität vergleichsweise gering. Sie besteht im Wesentlichen aus der Möglichkeit, Wochenendschichten einzuplanen. Vereinzelt können auch Arbeitsvorgänge bzw. Aufträge fremdvergeben werden. Dies ist insbesondere zu konjunkturellen Hochzeiten jedoch nur zu hohen Preisen möglich. Die niedrige Kapazitätsflexibilität muss bei der Lieferterminbestimmung berücksichtigt werden. Tabelle 27.2 stellt die steuerungsrelevanten Fertigungsmerkmale zusammenfassend dar. Produktionsplanung

Die für die logistische Zielerreichung wesentliche Schnittstelle der Fertigungssteuerung zur Produktionsplanung ist die Bestimmung der Liefertermine. Diese berücksichtigt die Belastung und den Produktionsfortschritt aller kapazitätskritischen Arbeitssysteme. Die Kapazitäten werden auch bei guter Konjunktur nicht vollständig verplant, um Reserven für dringende Eilaufträge freizuhalten und um eine hohe Termineinhaltung gewährleisten zu können. Eine Bestandsregelung stellt jedoch sicher, dass die Kapazitäten vollständig genutzt werden, solange ein ausreichender Arbeitsvorrat vorhanden ist. Dazu werden ggf. Aufträge auch vorzeitig freigegeben (vgl. die späteren Erläuterungen im Abschnitt zur Auftragsfreigabe). Auftragserzeugung

Die Leiterplatten GmbH setzt Kundenaufträge in der Regel direkt in Fertigungsaufträge um, wobei sie zum Teil Aufschläge für den erwarteten Ausschuss berücksichtigt. Das Unternehmen teilt sehr große Aufträge in Teilaufträge, um die Streuung der Auftragszeiten zu reduzieren. Dadurch erreicht es einen günstigeren Verlauf der Produktionskennlinien, so dass es mit niedrigeren Durchlaufzeiten und Beständen planen kann (vgl. Abschn. 3.2.2). Insgesamt ist die Aufgabe der Auftragserzeugung in der Leiterplattenfertigung daher vergleichsweise einfach (vgl. Informationsfluss Auftragserzeugung in Bild 27.4). Auftragsfreigabe

Für die Leiterplatten GmbH wäre es wenig sinnvoll, eine Auftragsfreigabe mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich durchzuführen. Das Unternehmen berücksichtigt zum einen die Belastung der Kapazitäten bereits bei der Bestimmung der Liefertermine. Zum anderen ist die Materialflusskomplexität eher gering. Reihenfolgevertauschungen bei der Auftragsfreigabe würden daher nur unnötige Turbulenz verursachen. Dagegen ist eine Bestandsregelung sinnvoll und wichtig: Die Auslastung der Kapazitäten ist bedeutsam, es ist beträchtliche Belastungsflexibilität vorhanden und die Termin- und Kapazitätsplanung stellt die Auslastung der Kapazitäten nicht sicher.

27.6 Fallbeispiele

509

IFA 11.248

Bild 27.4 Konfiguration der Fertigungssteuerung der Leiterplatten GmbH

Ein Entscheidungsspielraum besteht hinsichtlich der Frage, ob eine zentrale oder eine dezentrale Bestandsregelung durchgeführt werden soll. Die Leiterplatten GmbH hat sich aufgrund der Einfachheit für eine zentrale Bestandsregelung entschieden. Weil kein eindeutiger Engpass existiert, ist die Anwendung einer Engpass-Steuerung nicht sinnvoll. Es verbleibt daher die Conwip-Steuerung als Alternative (vgl. Informationsfluss Auftragsfreigabe in Bild 27.4). Der Auftragsfreigabe kommt im Fertigungssteuerungskonzept in Perioden mit einem hohen Auftragseingang besondere Bedeutung zu. Sie stellt dann die Auslastung der Kapazitäten sicher. Die Conwip-Steuerung hält den Bestand in Anzahl Nutzen1 in der Fertigung konstant. Sinkt der Bestand in der Fertigung durch die Fertigstellung eines Auftrags unter die Bestandsgrenze, wird ein Auftrag aus der Liste dringender Aufträge für die Fertigung freigegeben. Die Liste dringender Aufträge enthält die bekannten Fertigungsaufträge, geordnet nach dem PlanStarttermin. Übertrifft die Ist-Leistung die Plan-Leistung, entstehen Freiräume für die kurzfristige Annahme neuer Aufträge. Weil die Produktionsplanung die Kapazitäten nicht vollständig verplant, ist dies in der Regel der Fall. Für die neu akquirierten Aufträge können dann kurze Lieferzeiten zugesagt werden. Bei sehr guter Konjunkturlage ist es daher meist nicht schwierig, diese Kapazitäten zu einem guten Preis zu verkaufen. Selbst wenn es nicht gelingt, die Kapazitäten unmittelbar durch neue Aufträge auszulasten, entstehen jedoch nur in den seltensten Fällen 1

Der Begriff Nutzen bezeichnet das Basismaterial der Leiterplatten in standardisierten Maßen. Auf einem Nutzen finden in der Regel mehrere Schaltungen Platz. In einem der letzten Arbeitsvorgänge werden die Nutzen in die Leiterplatten geteilt, die dann nur eine Schaltung enthalten.

510

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

Auslastungsverluste. Die Conwip-Steuerung gibt dann Aufträge aus dem Auftragsbestand vorzeitig frei. Dadurch gelingt es, eine höhere Auslastung zu erzielen als bei einer Auftragsfreigabe nach Termin. Im konjunkturellen Tief ist die Bestandsregelung dagegen weniger bedeutend. Es ist dann nicht möglich, die Betriebsmittelkapazitäten vollständig auszulasten. Die Leiterplatten GmbH schaltet die Bestandsregelung daher in der Regel dann ab oder reduziert zumindest den Vorgriffshorizont. So vermeidet sie, dass Aufträge vorzeitig in die Fertigung freigegeben werden und so einen Bestandsaufbau verursachen. Die Einhaltung der Lieferzeiten wird dann durch eine Rückstandsregelung sichergestellt. Reihenfolgebildung

Wichtigste logistische Zielgröße ist sowohl im konjunkturellen Hoch als auch in Zeiten geringerer Nachfrage die Liefertreue. Der weit überwiegende Teil der Arbeitssysteme arbeitet die Aufträge daher in der Reihenfolge der Plan-Endtermine der Arbeitsvorgänge ab (vgl. Angabe der Reihenfolgeregel unterhalb der Arbeitssysteme in Bild 27.4). Auf diese Weise können Verzögerungen der Aufträge bei der Auftragsfreigabe oder an Vorgängerarbeitssystemen häufig noch ausgeglichen werden. Ein kleiner Teil der Arbeitssysteme muss umrüsten, wenn das Format des Basismaterials (der Nutzen) wechselt. Dies gilt z. B. für Belichtungsprozesse. Ein ständiger Wechsel des Formats würde daher hohe Kosten verursachen und die Ausbringung der Fertigung verringern. Diese Arbeitssysteme fertigen in (variablen) Zyklen. Innerhalb eines Teilzyklus stellen sie nur Leiterplatten des gleichen Formats her. Die Reihenfolge innerhalb eines Teilzyklus wird – wie an den anderen Arbeitssystemen – nach dem frühesten Plan-Endtermin gebildet. Gängige Leiterplattenformate werden mindestens einmal täglich gefertigt, die exotischen Formate im zweitägigen Rhythmus. Diese Reihenfolgeregel bildet damit einen Kompromiss zwischen den Zielgrößen Leistung und Termintreue. Kapazitätssteuerung

Die Kapazitätssteuerung unterscheidet sich erheblich zwischen konjunkturellen Hochphasen und Zeiten niedrigerer Nachfrage. Übersteigt die mögliche Nachfrage das Kapazitätsangebot, lautet die Zielsetzung, so viel wie möglich zu fertigen (leistungsmaximierende Kapazitätssteuerung). Drei-Schicht-Betrieb und Wochenendschichten sind dann mindestens für die kapazitätskritischen Arbeitssysteme die Regel. Eine versetzte Pausenregelung ermöglicht einen (nahezu) 24-stündigen Betrieb dieser Arbeitssysteme. Aufgabe der übrigen Arbeitssysteme ist es, eine gleichmäßige Versorgung der kapazitätskritischen Arbeitssysteme mit Arbeit zu gewährleisten. Reichen die Kapazitäten hingegen aus, um die Nachfrage zu bewältigen, schaltet die Leiterplatten GmbH eine Rückstandsregelung ein. Der Rückstand wird aus dem Vergleich des Plan-Abgangs mit dem Ist-Abgang sowohl für die Arbeitssysteme als auch für die gesamte Fertigung berechnet. Aufgrund der relativ geringen Auftragszeiten und des geringeren Rückmeldeaufwandes wendet das Unternehmen eine diskrete Rückstandsmessung an. Die bereits an Aufträgen in Bearbeitung geleistete Arbeit wird also nicht berücksichtigt.

27.6 Fallbeispiele

511

Überstunden und Wochenendschichten definieren die Kapazitätsflexibilität des Unternehmens. An Arbeitssystemen mit hohen Kapazitätsreserven nutzt das Unternehmen fast ausschließlich Überstunden. Diese können – bei Zustimmung der Mitarbeiter – bei Bedarf ohne Vorankündigung geleistet werden. Übersteigt der Rückstand eine halbe Schicht, ordnet das Unternehmen für die nächsten Tage Überstunden an, bis der Rückstand abgebaut ist. An den kapazitätskritischen Arbeitssystemen sind hingegen teilweise auch Wochenendschichten unumgänglich. Diese sind bis spätestens Dienstag der jeweiligen Woche mit den Mitarbeitern zu vereinbaren. Eine Wochenendschicht wird beschlossen, wenn der Rückstand zehn Vorgabestunden erreicht oder überschreitet. Die Leiterplatten GmbH stimmt die Maßnahmen zur Kapazitätssteuerung stets mit den Fertigungsmitarbeitern ab. Aufgrund der Mehrfachqualifikation vieler Mitarbeiter könnten meistens mehr Mitarbeiter als erforderlich Überstunden leisten. Das Unternehmen bemüht sich, auf die persönlichen Interessen der Mitarbeiter Rücksicht zu nehmen und eine gleichmäßige Verteilung der Last zu erreichen. Wegen der Lohnzuschläge bewerben sich meist jedoch mehr Mitarbeiter als erforderlich um die Überstunden. 27.6.2 Fertigungssteuerung in einer Mischfertigung Die Maschinenbau AG stellt Präzisionswerkzeuge für die Maschinenbauindustrie in sehr großer Variantenvielfalt her. Einen Teil der Varianten fertigt sie auf Lager, einen anderen Teil in kundenspezifischer Auftragsfertigung. In der Fertigungssteuerung übernimmt die Maschinenbau AG die wesentlichen Grundideen der Kapazitätsorientierten Materialbewirtschaftung (vgl. Kap. 10). Logistische Zielsetzung

In der kundenspezifischen Auftragsfertigung ist vor allem die Liefertreue wichtig. Wichtige Kunden der Maschinenbau AG sind Unternehmen der Automobilindustrie, und zwar sowohl Lieferanten als auch Hersteller. Verspätete Lieferungen an diese Kunden können Stillstände in Fertigungslinien und damit sehr hohe Verzugskosten verursachen. Die Lieferzeit ist dagegen häufig weniger entscheidend. Der Bedarf nach den Werkzeugen kann recht zuverlässig und häufig mit beachtlichem Vorlauf bestimmt werden. In der Lagerfertigung ist der Servicegrad die entscheidende logistische Zielgröße. Aufgrund des Wettbewerbs in der Branche und der Austauschbarkeit der standardisierten Endprodukte gehen Kundenanfragen, die nicht direkt ab Lager geliefert werden können, in der Regel an Wettbewerber verloren. Es findet zudem ein intensiver Preiswettbewerb statt. Die Maschinenbau AG ist daher gezwungen, die Kapitalbindung im Fertigwarenlager zu begrenzen. Dies reduziert u. a. das beträchtliche Bestandsrisiko, das durch Produktinnovationen und kürzer werdende Produktlebenszyklen hervorgerufen wird. Überschüssige Ware muss entweder zu erheblichen Preisnachlässen verkauft oder aber verschrottet werden. Zudem erlaubt der Preiswettbewerb nur geringe Überkapazitäten. Die Maschinenbau AG benötigt eine hohe Auslastung, um Profite zu erwirtschaften.

512

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

Fertigungsumgebung

Die Fertigung ist nach dem Werkstättenprinzip organisiert. Die Anordnung der Werkstätten orientiert sich am Materialfluss. Es handelt sich um eine Wiederholfertigung mit variierenden Losgrößen. Die durchschnittliche Losgröße beträgt etwa 500 Stück. Die Aufträge werden in vollständigen Losen von Arbeitssystem zu Arbeitssystem transportiert (losweiser Transport). Die Variantenanzahl ist sehr hoch. Die Maschinenbau AG fertigt etwa 2.000 Varianten auf Lager und etwa genau so viele Varianten auf Kundenaufträge hin. Der Materialfluss ist zwar nicht sonderlich komplex, der Engpass variiert jedoch, und nicht alle Produktfamilien durchlaufen alle kapazitätskritischen Arbeitssysteme. Tabelle 27.3 Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale der Maschinenbau AG Kriterium Fertigungsprinzip

Fertigungsart Teilefluss Variantenanzahl Materialflusskomplexität Schwankung des Kapazitätsbedarfs Kapazitätsflexibilität Belastungsflexibilität

Ausprägungen Werkbankprinzip Einmalfertigung Chargenfertigung sehr niedrig sehr niedrig sehr niedrig sehr niedrig sehr niedrig

BaustelWerkstätInsellentenprinzip prinzip prinzip Einzel-und SerienKleinfertigung serienfertigung Losweiser überlappte Transport Fertigung

Fließprinzip Massenfertigung One-Piece-Flow

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

Der Kundenbedarf je Variante schwankt beträchtlich. Dies wirkt sich jedoch nur zu einem geringen Teil auf den Kapazitätsbedarf aus. Der erhöhten Nachfrage nach einigen Varianten steht in der Regel eine verringerte Nachfrage nach anderen Varianten gegenüber, so dass sich die Nachfrageschwankungen in ihrer Wirkung auf den Kapazitätsbedarf mindestens zum Teil ausgleichen. Durch Konjunkturzyklen bedingt, variiert der Kapazitätsbedarf jedoch in branchenüblichem Umfang. In der weit überwiegenden Zeit reicht die Kapazität knapp aus, um die Kundennachfragen zu befriedigen. Die Kapazitätsflexibilität der Maschinenbau AG ist relativ gering. Die kapazitätskritischen Arbeitssysteme werden in drei Schichten betrieben. Eine Fremdvergabe von Aufträgen ist aufgrund der verwendeten Spezialmaschinen nicht möglich. Es können mit dem Betriebsrat jedoch auch kurzfristig Sonderschichten am Wochenende vereinbart werden. Dagegen ist die Belastungsflexibilität relativ hoch. Die Lieferzeit vieler Kundenaufträge überschreitet die Fertigungsdurchlaufzeit beträchtlich. Die Lageraufträge können zum Zwecke eines Belastungsabgleichs vorzeitig generiert werden.

27.6 Fallbeispiele

513

Zudem entsteht durch die Berücksichtigung der Nachfragen während der Wiederbeschaffungszeit häufig zusätzlicher Spielraum während des Auftragsdurchlaufs. Tabelle 27.3 fasst die wesentlichen steuerungsrelevanten Fertigungsmerkmale der Maschinenbau AG zusammen. Produktionsplanung

Die Produktionsplanung ist aufgrund der Lagerfertigung, der Variantenvielfalt und der breiten Kundenbasis von einer hohen Unsicherheit geprägt. Prognosen können allenfalls auf Produktfamilienebene mit einer ausreichenden Genauigkeit getroffen werden. Das Unternehmen verwendet diese Prognosen, um Investitionsentscheidungen zu treffen. Der Kapazitätsbedarf kann für die Arbeitssysteme im vorderen Teil des Materialflusses nicht einmal für wenige Tage im Voraus genau prognostiziert werden, da jederzeit besonders dringende Kundenaufträge oder aber Lageraufträge erzeugt werden können. Zudem hängt der Zeitpunkt, zu dem die Lageraufträge tatsächlich fertig gestellt sein müssen, von der Kundennachfrage während der Wiederbeschaffungszeit ab (vgl. Kap. 10 zur Wahrscheinlichen Terminierung). Auftragserzeugung

Die Auftragserzeugung für Kundenaufträge ist einfach. Diese werden direkt in Fertigungsaufträge umgesetzt (Fertigungslosgröße = Bestelllosgröße). Das Unternehmen teilt allenfalls sehr große Aufträge, um eine zu große Streuung der Auftragszeiten in der Produktion zu vermeiden. Für die auf Lager gefertigten Varianten setzt es ein einfaches Bestellbestandsverfahren ein. Aufgrund der sehr breiten Kundenbasis und der häufig wenig ausgeprägten Kundenbindung (für die Kunden sind die Produkte fast ausschließlich C-Teile), lässt sich bislang ein anderes Verfahren kaum rechtfertigen. Es gibt hingegen einen Trend zur elektronischen Bestellabwicklung. Dieser rationalisiert jedoch nur die Bestellabwicklung, ohne das Verfahren selbst zu ändern. In der Anwendung des Bestellbestandsverfahrens hebt sich die Maschinenbau AG jedoch positiv von den Wettbewerbern ab. Sie legt zum einen die Sicherheitsbestände auf Basis einer logistischen Positionierung mit Lagerkennlinien fest. Zum anderen erzeugt sie die Nachfertigungsaufträge vor Erreichen des Bestellbestands, um einen Belastungsabgleich zu ermöglichen. Dazu berechnet das Unternehmen die Vorgriffszeit, innerhalb derer der Bestellbestand der Variante vermutlich unterschritten werden wird (vgl. Kap. 10). Den Informationsfluss der Auftragserzeugung sowie der gesamten Fertigungssteuerung fasst Bild 27.5 zusammen.

514

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

IFA 11.247

Bild 27.5 Konfiguration der Fertigungssteuerung der Maschinenbau AG

Auftragsfreigabe

Die Firma führt einen arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich bei der Auftragsfreigabe durch (vgl. Informationsfluss Auftragsfreigabe in Bild 27.5). Dies ist aus mehreren Gründen sinnvoll (vgl. Abschn. 27.2.1). 1. Die gleichmäßige Auslastung der Kapazitäten ist eine wichtige logistische Zielsetzung. 2. Die Fertigstellung der Arbeitsvorgänge wird über ein elektronisches Betriebsdatenerfassungssystem zeitnah und zuverlässig zurückgemeldet. 3. Bei allen Lageraufträgen und bei einem Teil der Kundenaufträge ist der Auftrag vor dem Plan-Starttermin bekannt. Daher besteht eine relativ hohe Belastungsflexibilität. 4. Die Termin- und Kapazitätsplanung ist von Unsicherheiten geprägt. Daher könnte eine Feinterminierung der Aufträge in die begrenzte Kapazität nur mit hohem Aufwand und ständigen Neuterminierungen durchgeführt werden. 5. Die Aufträge durchlaufen unterschiedliche kapazitätskritische Arbeitssysteme. Die Komplexität des Materialflusses ist daher hoch genug, um einen Belastungsabgleich zu gewährleisten. Die Maschinenbau AG gibt die Aufträge ereignisorientiert für die Fertigung frei. Sie benutzt dazu die Workload Control-Steuerung. Dies ist deswegen unproblematisch, weil die Position der Arbeitssysteme im Auftragsdurchlauf nicht stark variiert. Andernfalls hätte sich das Unternehmen für die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe entschieden. Gegen die Auftragsfreigabe mit Linearer Program-

27.6 Fallbeispiele

515

mierung sprach zum einen die Komplexität. Zum anderen wollte das Unternehmen die Reihenfolge bei der Auftragsfreigabe in hohem Maße selbst bestimmen. Die Liste freizugebender Aufträge wird nach den folgenden Kriterien sortiert: • •

Zunächst werden die Kundenaufträge in der Reihenfolge ihrer PlanStarttermine freigegeben, deren Plan-Starttermin bereits erreicht oder überschritten ist. Anschließend werden die übrigen Aufträge in der Reihenfolge ihrer PlanStarttermine einsortiert. Bei gleichem Plan-Starttermin erhalten wiederum die Kundenaufträge den Vorrang.

Tabelle 27.4 zeigt eine Momentaufnahme für die Liste dringender Aufträge an Betriebskalendertag 11.

übrige Aufträge

dringende Kundenaufträge

Tabelle 27.4 Liste dringender Aufträge bei der Workload Control-Steuerung Nr.

Auftrag

Art

TStart

1 2 3 4 5 6 7 8

12 14 15 13 17 18 20 22

KA KA KA KA LA LA KA LA

10 11 11 11 10 11 12 12

KA : LA : TStart :

Kundenauftrag Lagerauftrag Plan-Starttermin

Reihenfolgebildung

Für die Reihenfolgebildung legt die Maschinenbau AG wie bei der Auftragsfreigabe ein zweistufiges Prioritätssystem fest (vgl. Angabe der Reihenfolgeregel in Bild 27.5). • •

Kundenaufträge, deren Plan-Starttermin am Arbeitssystem bereits erreicht oder überschritten ist, werden in der Reihenfolge des Plan-Starttermins bearbeitet. Für die übrigen Aufträge wird das Verhältnis aus verbleibender Durchlaufzeit bis zum (voraussichtlichen) Plan-Fertigstellungstermin und den Durchführungszeiten berechnet (Gln. 25.2 und 25.4). Die Priorität eines Auftrags ist umso höher, je kleiner dieses Verhältnis ist.

Die Vergabe der Prioritäten hat zum Ziel, eine hohe Liefertreue und einen hohen Servicegrad zu fördern. Dabei gibt das Unternehmen Kundenaufträgen bei der Reihenfolgebildung ein höheres Gewicht als Lageraufträgen. Dies muss nicht zwangsläufig für andere Unternehmen oder Branchen sinnvoll sein. Kapazitätssteuerung

Die Maschinenbau AG führt eine periodische Rückstandsregelung durch. Sie misst den Rückstand in Vorgabestunden täglich für alle Arbeitssysteme und für die gesamte Fertigung. Dazu terminiert das Unternehmen alle Lageraufträge mit der flussgradorientierten Terminierung rückwärts. Ergebnis sind die Plan-

516

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

Endtermine aller Arbeitsvorgänge der Lageraufträge. Für die Kundenaufträge liegen diese Daten aus der Termin- und Kapazitätsplanung bereits vor. Ausgehend von den Plan-Endterminen aller Aufträge kann die Maschinenbau AG den PlanAbgang aller Arbeitssysteme berechnen. Aus dem Vergleich mit dem Ist-Abgang ergibt sich dann der Rückstand. Für die Entscheidung über Maßnahmen zur Kapazitätserhöhung wird der Rückstand an den Arbeitssystemen (und für die gesamte Fertigung) durch die Leistung dividiert. Ergebnis ist die zu erwartende (berechnete) Terminabweichung (vgl. Gl. 3.22). Überschreitet die berechnete Terminabweichung einen bestimmten Grenzwert, vereinbart das Unternehmen Überstunden oder Wochenendschichten (oder beides) mit den Mitarbeitern. Überstunden: Für die Vereinbarung von Überstunden gilt ein Grenzwert für die zu erwartende Terminabweichung von 0,2 BKT. Wegen der unterschiedlichen Kapazitätsauslastungen stimmt die Fertigungssteuerung die Kapazitätserhöhung an wenig ausgelasteten Arbeitssystemen auf die mögliche Kapazitätserhöhung an den kapazitätskritischen Arbeitssystemen ab. Kann die Kapazität an diesen Arbeitssystemen nicht durch Überstunden erhöht werden, so bleibt auch die Kapazität der übrigen Arbeitssysteme unverändert.2 An den kapazitätskritischen Arbeitssystemen ergibt sich die Kapazitätserhöhung ansonsten aus dem Rückstand bzw. der möglichen Kapazitätserhöhung. Die übrigen Arbeitssysteme setzen diese Kapazitätserhöhung in proportional gleichem Umfang um. D. h., wenn die Kapazität an den kapazitätskritischen Arbeitssystemen um 10% erhöht wird, steigern die übrigen Arbeitssysteme ihre Kapazität ebenfalls um 10%. Kann der Durchsatz an diesen Arbeitssystemen zum Teil durch eine höhere Auslastung erzielt werden, fällt die Kapazitätserhöhung der Arbeitssysteme dagegen geringer aus. Wochenendschichten: Eine Wochenendschicht muss spätestens am Dienstag derselben Woche angekündigt werden, zwei oder drei Wochenendschichten am Dienstag der Vorwoche. Die kürzere Reaktionszeit für eine Wochenendschicht ergibt sich aus der Verfügbarkeit der Mitarbeiter: Es ist einfacher, für eine Schicht kurzfristig freiwillige Mitarbeiter zu finden als für zwei oder drei Schichten. Die Entscheidung über eine Wochenendschicht hängt von mehreren Faktoren ab: vom aktuellen Rückstand, der zukünftigen Belastung der Fertigung, der Normalkapazität und von den schon vereinbarten Überstunden. Das Unternehmen führt dazu – wie in Bild 26.5 a dargestellt – eine Kapazitätsplanung durch. Es überprüft dazu, ob der Plan-Abgang auch ohne Wochenendschicht voraussichtlich mindestens näherungsweise erreicht werden kann. Ist dies der Fall, kann auf eine Wochenendschicht verzichtet werden. Wird die berechnete Terminabweichung einen Grenzwert von 0,5 BKT voraussichtlich überschreiten, wird mit den Mitarbeitern eine Wochenendschicht vereinbart. Ein analoges Vorgehen wendet das Unternehmen für die Entscheidungen über mehrere Wochenendschichten an. Der Planungshorizont ist hier jedoch länger. Außerdem sind höhere Grenzwerte von 0,8 BKT (für zwei Wochenendschichten)

2

Dies setzt voraus, dass die Engpassarbeitssysteme mit einem ausreichenden Bestand an Arbeit versorgt sind.

27.6 Fallbeispiele

517

bzw. von 1,2 BKT (für drei Wochenendschichten) mit den Mitarbeitern vereinbart. Die Grenzwerte für die berechnete Terminabweichung sind zum einen mit dem Lieferzeitpuffer für Kundenaufträge abzustimmen. Diese beträgt bei der Maschinenbau AG zwei Tage. Zum anderen ist bei den Wochenendschichten die Mindestkapazität zu berücksichtigen, die bereitgestellt werden kann. Bei einem sehr kleinen Rückstand würde der Plan-Abgang (zum Teil erheblich) übertroffen. Weil zudem die berechnete Terminabweichung sehr klein ausfällt, lässt sich der Einsatz einer Wochenendschicht in diesem Fall kaum rechtfertigen. Die Maschinenbau AG hat eine Schnittstelle des PPS-Systems zu einem Tabellenkalkulationsprogramm programmiert. Damit exportiert sie die benötigten Daten aus dem PPS-System in ein vorkonfiguriertes Tabellenblatt. Die Entscheidung, Überstunden oder Wochenendschichten zu leisten, wird so durch ein handliches Software-Werkzeug vereinfacht. 27.6.3 Fertigungssteuerung in einer hochvolumigen Lagerfertigung Als Beispiel für die Fertigungssteuerung in einer hochvolumigen Lagerfertigung wird die Automobilindustrie gewählt. Betrachtet wird die Lieferkette Ventilhersteller – Motorenwerk – Montagewerk. Der Schwerpunkt der Darstellung liegt auf der Fertigungssteuerung des Ventilherstellers, der Ventiltechnik GmbH. Darüber hinaus wird die Integration des Unternehmens in die Lieferketten der unterschiedlichen Automobilhersteller skizziert. Logistische Zielsetzung

Ein Servicegrad von 100% ist die dominierende logistische Zielsetzung der Ventiltechnik GmbH. Ein Bandstillstand in den Motorenwerken der Kunden würde sehr hohe Kosten verursachen und mindestens bei wiederholtem Auftreten die Lieferbeziehung zum Kunden ernsthaft gefährden. Zweitwichtigste Zielgröße ist der Bestand, der zur Aufrechterhaltung der Liefersicherheit erforderlich ist. Aufgrund der hohen Bedarfsrate der Kunden und des vergleichsweise hohen Produktwerts entsteht schon bei geringen Reichweiten eine sehr hohe Kapitalbindung. Die Auslastung der Betriebsmittel steht hinter den übrigen Zielgrößen zurück. Sie wird im Wesentlichen von der kaum beeinflussbaren Nachfrage der Automobilhersteller bestimmt. Die Ventiltechnik GmbH kann die Kapazitäten der Betriebsmittel recht zuverlässig planen, da auch die Kapazitäten der Kunden begrenzt sind. Fertigungsumgebung

Wesentliche Teile der Fertigung sind nach dem One-piece-flow-Prinzip organisiert, entweder in Form von Fertigungsinseln oder aber in getakteten Produktionslinien. Das One-piece-flow-Prinzip ist jedoch nicht durchgängig in allen Prozessen realisiert. Vor allem die frühen Fertigungsprozesse sind durch eine Fertigung mit losweisem Transport gekennzeichnet, teilweise bedingt durch technische Mindestübergangszeiten. Diese entstehen vor allem durch Abkühlzeiten nach Prozessen, die das Werkstück stark erhitzen.

518

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

Die Fertigungslosgrößen variieren zudem wegen der stark unterschiedlichen Rüstkosten im Materialfluss. Es entstehen dadurch in der Fertigung Bestände an Halbfabrikaten. Die Materialflusskomplexität ist gering. Die Ventiltechnik GmbH fertigt etwa 200 Varianten für 20 Kunden. Der Großteil des Umsatzes wird jedoch mit etwa 20 Varianten von drei bis vier Schlüsselkunden generiert. Die Vorhersagbarkeit der Kundennachfrage variiert von Kunde zu Kunde. Einige Kunden ändern ständig und ohne Vorankündigung Liefertermine und Liefermengen in größerem Umfang. Andere Kunden geben dagegen recht zuverlässige Prognosen über die erwarteten Lieferungen der nächsten zwei Wochen. Bestellmenge und -frequenz werden zudem von der geographischen Entfernung zu den Motorenwerken der Kunden beeinflusst. Tabelle 27.5 Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale der Ventiltechnik GmbH Kriterium Fertigungsprinzip Fertigungsart Teilefluss Variantenanzahl Materialflusskomplexität Schwankung des Kapazitätsbedarfs Kapazitätsflexibilität Belastungsflexibilität

Ausprägungen Baustellen- WerkstätInseltenprinzip prinzip prinzip Einzel-und SerienEinmalKleinfertigung fertigung serienfertigung Losweiser Chargenüberlappte Transport fertigung Fertigung

Werkbankprinzip

Fließprinzip Massenfertigung One-PieceFlow

sehr niedrig

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

sehr niedrig

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

sehr niedrig

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

sehr niedrig

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

sehr niedrig

niedrig

mittel

hoch

sehr hoch

Die Zyklen der Automobilkonjunktur wirken sich auch auf den Auftragseingang der Ventiltechnik GmbH aus. Die Kapazitätsflexibilität reicht jedoch aus, um die Belastungsschwankungen abzufangen. Das Unternehmen kann Überstunden und Wochenendschichten einsetzen, um die Kapazität zu erhöhen. Bei normaler Konjunktur fertigt das Unternehmen in zwei Schichten. Der Beginn der zweiten Schicht ist dann gegenüber dem Ende der ersten Schicht um zwei Stunden versetzt. Dies ermöglicht es, die erste Schicht um maximal zwei Überstunden zu verlängern, ohne den Bearbeitungsbeginn der zweiten Schicht zu beeinflussen. Die Belastungsflexibilität ist hingegen gering. Gegenüber Schlüsselkunden ist es praktisch unmöglich, Aufträge nicht anzunehmen oder Liefertermine zu verschieben. Tabelle 27.5 fasst die steuerungsrelevanten Fertigungsmerkmale der Ventiltechnik GmbH zusammen.

27.6 Fallbeispiele

519

Auftragserzeugung

Die Lieferbestimmungen und -anforderungen der Kunden variieren beträchtlich. Die Ventiltechnik GmbH bemüht sich, die Auftragserzeugung über ein Fortschrittszahlensystem zu integrieren. Das Unternehmen hat sich aus den folgenden Gründen für die Fertigungssteuerung mit Fortschrittszahlen entschieden (vgl. Abschn. 27.2): • • • • • •

Es handelt sich um eine Lagerfertigung. Die Bedarfe können mehrstufig erzeugt werden. Die Schwankungen der Bedarfe können (in Grenzen) prognostiziert werden (hohe Planbarkeit). Die Kapitalbindung im Bestand ist erheblich (hohe Planungsnotwendigkeit). Aufgrund der unterschiedlichen Kundenanforderungen muss die Auftragserzeugung flexibel gehandhabt werden können. Das System soll – in Grenzen – Spielraum für dezentrale Entscheidungen lassen.

Die Konfiguration des Fortschrittszahlensystems variiert von Variante zu Variante und vor allem von Kunde zu Kunde: •

•

•

Einer der Kunden wendet selbst das Fortschrittszahlenprinzip an, um die Fertigung seiner Motorenwerke mit der Fahrzeugmontage zu koordinieren. Mit diesem Kunden wurde eine direkte Integration der Fortschrittszahlensysteme über eine Schnittstelle in den EDV-Systemen realisiert (vgl. Informationsfluss Auftragserzeugung von Automobilhersteller 2 in Bild 27.6). Ändert der Kunde die Fortschrittszahl für einen bestimmten Motorentyp, wird diese Änderung in die Fortschrittszahlen für die betroffenen Ventiltypen übernommen. Mit dem Motorenwerk und dem Ventilhersteller hat der Hersteller Grenzen für Änderungen vereinbart, die nicht überschritten werden sollten. Die unternehmensübergreifende Anwendung des Fortschrittszahlensystems erfüllt bereits wesentliche Anforderungen an ein Supply Chain Management. Zwar gibt der Automobilhersteller seine Anforderungen klar vor, jedoch ohne diese im Detail mit dem Lieferanten abzustimmen. Aufgrund der Vielzahl an Teilen und Lieferanten würde ein derartiger Abstimmungsprozess sehr umständlich. Wesentlich erscheint hier vielmehr die frühzeitige und vollständige Information des Lieferanten. Dieser ist sowohl über die Bestände des Motorenwerkes informiert als auch über die zukünftig zu erwartenden Bedarfe. Mit einem anderen Kunden, dessen Motorenwerk in der Nachbarschaft liegt, wurde die Belieferung durch ein Kanban-System vereinbart (vgl. Informationsfluss Auftragserzeugung von Motorenwerk 1 in Bild 27.6). Die Lagerentnahmen werden direkt in Steuerungs- und Plan-Fortschrittszahlen für die Komponenten umgerechnet. Die Ventiltechnik GmbH erhält mit einem Vorlauf von zwei Wochen den voraussichtlichen Bedarf je Variante. Zudem sind Ober- und Untergrenzen für die Abweichungen vom prognostizierten Bedarf vereinbart. Die übrigen Kunden bestellen jede Lieferung einzeln mit genauer Liefermenge und genauem Liefertermin. Diese Bestellungen werden entweder manuell

520

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

oder – zum größeren Teil – teilautomatisiert in das Fortschrittszahlensystem eingepflegt.

IFA 11.246

Bild 27.6 Konfiguration der Fertigungssteuerung der Ventiltechnik GmbH

Die Ventiltechnik GmbH berechnet ferner mittels einer Umlaufverschiebung Ist- und Plan-Fortschrittszahlen für alle Arbeitssysteme. Sie dienen dazu, die Reihenfolgebildung zu koordinieren und den Rückstand zu berechnen. Es sei hier vereinfachend davon ausgegangen, dass durch die Umlaufverschiebung ein realistischer und geglätteter Produktionsplan entsteht. Dies ist bei den in hohen Stückzahlen gefertigten und in hoher Frequenz gelieferten Varianten auch realistisch. Nimmt die Lieferfrequenz ab, sollten die entsprechenden Varianten so eingeplant werden, dass ein möglichst gleichmäßiger Kapazitätsbedarf entsteht. Das ist auch bei einer hohen Kapazitätsflexibilität sinnvoll, um unnötige Arbeitszeitschwankungen der Mitarbeiter zu vermeiden. Auftragsfreigabe

Die Ventiltechnik GmbH hat sich dafür entschieden, weder einen arbeitssystemspezifischen Belastungsabgleich noch eine Bestandsregelung durchzuführen (vgl. Abschn. 27.2): • • •

Eine gleichmäßige Auslastung der Fertigung ist keine primäre logistische Zielsetzung der Ventiltechnik GmbH. Die Belastungsflexibilität ist gering. Die Kapazitätsflexibilität reicht aus, um die Belastungsschwankungen zu kompensieren.

Die Ventiltechnik GmbH gibt die Aufträge daher direkt nach ihrer Erzeugung frei.

27.7 Durchsetzung einer Konfiguration

521

Reihenfolgebildung

Der Servicegrad ist die dominierende Zielgröße für die Reihenfolgebildung. Die Arbeitssysteme fertigen stets die Variante mit dem höchsten Rückstand als erstes nach (vgl. Angabe der Reihenfolgeregel in Bild 27.6):

RSi = FZ Plan,i − FZ Ist ,i mit

RSi FZPlan,i FZIst,i

(27.1)

Rückstand Variante i [ME] Plan-Fortschrittszahl Variante i [ME] Ist-Fortschrittszahl Variante i [ME]

Die Ventiltechnik GmbH ermittelt sowohl die Ist- als auch die PlanFortschrittszahlen in Echtzeit. Änderungen der Kundenwünsche werden dadurch unmittelbar an alle Arbeitssysteme weitergeleitet und können sofort bei der Reihenfolgebildung berücksichtigt werden. Das Unternehmen kann dadurch sehr schnell auf geänderte Kundenwünsche reagieren. Kapazitätssteuerung

Aufgrund der vorhandenen Kapazitätsflexibilität und der Bedeutung der Termintreue benutzt die Ventiltechnik GmbH eine Rückstandsregelung. Der Rückstand wird aus den Plan- und den Ist-Fortschrittszahlen am Ende jeder Schicht bestimmt (vgl. dazu die Gln. 26.6 und 26.7). Aufgrund der zum Teil hohen Losgrößen berücksichtigt das Unternehmen dabei die schon fertig gestellten Teile des Auftrags in Bearbeitung (kontinuierliche Rückstandsmessung). Einen entstandenen Rückstand arbeitet es möglichst direkt nach der Schicht in (ungeplanten) Überstunden ab. Schwankungen im Kapazitätsbedarf werden von der Termin- und Kapazitätsplanung in (geplanten) Überstunden bzw. auch Wochenendschichten berücksichtigt.

27.7 Durchsetzung einer Konfiguration Die beste Konfiguration bleibt nutzlos, wenn ein Unternehmen sie nicht in die Betriebspraxis überführt. Unternehmen müssen daher sicherstellen,

• • • •

dass die Aufträge tatsächlich so erzeugt werden, wie es das Auftragserzeugungsverfahren bestimmt (hohe Auftragserzeugungsdisziplin), dass die Aufträge tatsächlich so freigegeben werden, wie es das Freigabeverfahren vorsieht (hohe Freigabedisziplin), dass die Aufträge tatsächlich in der vorgegebenen Reihenfolge abgearbeitet werden (hohe Reihenfolgedisziplin), und dass die Kapazitäten tatsächlich so angepasst werden, wie für die Kapazitätssteuerung bestimmt (hohe Kapazitätssteuerungsdisziplin).

Abschließend seien einige Hinweise zu kritischen Aspekten bei der Durchsetzung der Konfiguration gegeben. Diese gliedern sich in zwei Teile. Zunächst werden fünf allgemein gültige Grundsätze zur Durchsetzung von Anweisungen formuliert. Es folgt die Darstellung PPS-spezifischer Stolpersteine, die Unternehmen

522

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

erfahrungsgemäß besondere Probleme bereiten. Der Abschnitt schließt mit einem kurzen Fazit. Allgemein gültige Grundsätze zur Durchsetzung von Anweisungen

Die Wahrscheinlichkeit, mit der Mitarbeiter eine Anweisung umsetzen, steigt, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind. Die Bewertung von Eignung und motivationstheoretischer Fundierung soll hier nicht vertieft werden.

•

•

• • •

Die Umsetzung der Anweisung fällt leicht: Unternehmen sollten ihren Mitarbeitern geeignete Werkzeuge zur Verfügung stellen, um die Entscheidungen umzusetzen. Im Bereich der Auftragserzeugung und Auftragsfreigabe kann dazu Software erforderlich sein. Bei der Reihenfolgebildung und Rückstandsregelung reicht ggf. die deutliche Kennzeichnung der Auftragspriorität bzw. des Produktionsfortschritts aus. Die Mitarbeiter sind von der Richtigkeit der Anweisung überzeugt: Unternehmen sollten die Zielsetzung der Anweisung kommunizieren und erläutern, wie sich eine Einzelanweisung in ein übergeordnetes Konzept einordnet und welche Vorteile daraus entstehen. Dazu sind ggf. Mitarbeiterschulungen erforderlich. Die Umsetzung einer Anweisung wird eingefordert und kontrolliert. Ansonsten bleibt eine Anweisung unverbindlich. Das Befolgen der Anweisung ist mit positiven Anreizen verknüpft: Unternehmen können monetäre oder nicht-monetäre Anreize mit der Einhaltung einer hohen Reihenfolge- oder Freigabedisziplin verbinden. Die Nichtbeachtung der Anweisung ist mit negativen Konsequenzen verbunden: Strafen sind in der Regel weder erforderlich noch erwünscht, um die Durchsetzung einer Fertigungssteuerungskonfiguration zu erreichen. Es kann aber nicht toleriert werden, dass einzelne Mitarbeiter absichtlich die vereinbarte logistische Zielerreichung einer Fertigung gefährden.

Stolpersteine der PPS

Wiendahl, Begemann und Nickel formulieren sieben Stolpersteine für die Produktionsplanung und -steuerung, die eine hohe logistische Zielerreichung verhindern [Wien-03b]. H.-H. Wiendahl greift diese Stolpersteine auf und ergänzt sie [Wien03c]. 1.

Unternehmensumfeld Wichtigste Störungsursachen sind unzuverlässige Lieferanten oder unberechenbare Kunden, die Liefermenge und -termine regelmäßig und mit geringem Vorlauf ändern. Auch wenn beide Bereiche außerhalb des Unternehmens liegen, bieten sich über eine engere Kooperation Möglichkeiten, das Lieferanten- und Kundenverhalten zu beeinflussen. Dies ist eine wesentliche Zielsetzung des Supply Chain Managements (vgl. Kap. 6) 2.

Modell Viele Unternehmen nutzen keine oder zumindest keine geeigneten Modelle, um die Ursachen für eine mangelhafte logistische Zielerreichung systematisch zu analysieren und Verbesserungspotenziale abzuschätzen. Als Folge fehlt auch ein Systemverständnis für den Einfluss der Fertigungssteuerung auf die logistische Zieler-

27.7 Durchsetzung einer Konfiguration

523

reichung. Empfehlenswert ist es, ein logistisches Produktionscontrolling auf der Grundlage des Trichtermodells aufzubauen (vgl. dazu Kap. 2 und 3). 3.

Verfahren und Parametrisierung Nicht selten wählen Unternehmen die falschen Verfahren für eine Aufgabe der PPS aus oder legen zumindest die Parameter nicht sachgerecht fest. Schlimmstenfalls unterlassen es Unternehmen gänzlich, eine Aufgabe auszuführen. Wie die Verfahren der Fertigungssteuerung systematisch ausgewählt werden können, ist Gegenstand der ersten sechs Abschnitte dieses Kapitels. Der Parametrierung ist in den verfahrensbeschreibenden Kapiteln jeweils ein Abschnitt gewidmet. 4.

Datenqualität Eine erfolgreiche PPS setzt voraus, dass die Eingangsdaten der Planung korrekt sind. Diese lassen sich in auftragsunabhängige Grunddaten, bestehend aus Stammund Strukturdaten, sowie in meist auftragsbezogene Bewegungsdaten unterteilen [Wien-03b]. Betriebsanalysen des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik zeigen Mängel insbesondere in den folgenden Bereichen: Arbeitspläne bzw. Vorgabezeiten: Aufgrund von technischen Änderungen stimmen teilweise weder die Vorgabezeiten noch der Auftragsdurchlauf mit der Realität überein. Als Folge verlieren sowohl die Berechnung der Kapazitätsbedarfe als auch der Plan-Durchlaufzeiten an Gültigkeit. Planungs- und Steuerungsparameter: Viele Unternehmen legen PPS-Parameter wie Plan-Durchlaufzeiten oder Sicherheitsbestände nicht systematisch in einer logistischen Positionierung, sondern bestenfalls basierend auf Erfahrungswerten fest. Zudem aktualisieren sie die Parameter entweder nicht oder nicht häufig genug (vgl. dazu auch den 3. Stolperstein). Rückmeldedaten: Aktuelle Rückmeldedaten sind eine zentrale Eingangsgröße eines logistischen Produktionscontrollings. Darüber hinaus sind auch Verfahren der Fertigungssteuerung – wie z. B. eine bestandsregelnde Auftragsfreigabe oder eine Rückstandsregelung – sehr häufig auf aktuelle Rückmeldungen angewiesen. Betriebsuntersuchungen zeigen jedoch, dass viele Mitarbeiter Aufträge und Arbeitsvorgänge verspätet oder sogar gar nicht zurückmelden. Zudem fehlt teilweise eine Integration der Betriebsdatenerfassungssysteme in die PPS-Software [Beck02]. 5.

Prozessstörungen Prozessstörungen können Maschinen, Mitarbeiter und Material betreffen [Trac97]. Hier seien ausschließlich Maschinenstörungen betrachtet. Fällt eine Maschine aus, kann der Plan-Abgang auch dann nicht erreicht werden, wenn alle sonst erforderlichen Voraussetzungen gegeben sind. Nicht wenige Unternehmen halten daher allein aus Angst vor Maschinenstörungen sehr hohe Sicherheitsbestände vor, um die Lieferbereitschaft auch bei einer längeren Störung aufrechterhalten zu können. Maschinenstörungen kann durch regelmäßige und präventive Instandhaltung oder durch die Nutzung bewährter und zuverlässiger Technologien vorgebeugt werden. Darüber hinaus können Notfallpläne erstellt werden, um die Auswirkungen einer Prozessstörung zu minimieren.

524

27 Konfiguration der Fertigungssteuerung

6.

Mitarbeiterqualifikation Häufig fehlen sowohl den Mitarbeitern in der Produktion als auch denen in der Produktionsplanung und -steuerung die erforderlichen produktionslogistischen Grundkenntnisse. In der Produktion führt dies zu einer mangelhaften Reihenfolgedisziplin und zu verspäteten Rückmeldungen (vgl. 4. Stolperstein). In der Produktionsplanung und -steuerung sind insbesondere die fehlerhafte Parametrierung der Verfahren (vgl. 3. Stolperstein) und eine mangelhafte Disziplin in der Auftragsfreigabe (manuelle Übersteuerung) und der Kapazitätssteuerung die Folge. Es ist daher sehr wichtig, vorhandene Qualifikationsmängel aufzudecken und Wissenslücken zu schließen. 7.

Divergierende Unternehmens- und Mitarbeiterinteressen Unternehmens- und Mitarbeiterinteressen stimmen nicht immer überein. Differenzen können sowohl objektiv vorhanden als auch – häufig aufgrund mangelhafter Mitarbeiterqualifikation (vgl. 6. Stolperstein) – nur subjektiv empfunden werden. Ein Beispiel für letzteres wäre ein Mitarbeiter, der nach einer Bestandsreduzierung langsamer arbeitet, weil er fürchtet, dass der Arbeitsvorrat nicht ausreicht. In derartigen Fällen kann eine Mitarbeiterschulung ausreichen, um das Fehlverhalten zu korrigieren. Schwieriger sind Fälle, in denen es objektiv einen (erheblichen) Unterschied zwischen den Interessen eines Mitarbeiters und des Unternehmens gibt. Ein Beispiel hierfür sind sog. Terminjäger. Bei einer funktionierenden PPS wird ihre Arbeit überflüssig, weil dann die wichtigen Aufträge auch ohne Terminjagd rechtzeitig fertig gestellt werden [Wien-03b]. In diesem und in vergleichbaren Fällen sollte ein Unternehmen versuchen, die betroffenen Mitarbeiter für andere Aufgaben einzusetzen. Ein Beispiel dafür wäre z. B. die Umschulung von Terminjägern zu Experten für Rüstzeitreduzierung, für statistische Prozesskontrolle oder natürlich auch für die Produktionsplanung. Zum Teil entstehen divergierende Interessen auch durch ungeeignete Entlohnungssysteme. Berechnet sich der Mitarbeiterlohn ausschließlich aus der erbrachten Produktionsmenge, entstehen Anreize, Rüstvorgänge zu verschieben oder mehr zu produzieren, als der Markt nachfragt. In jedem Fall sollten Unternehmen daher die Mitarbeiterinteressen sorgfältig analysieren, um mögliche Widerstände gegen eine neue Konfiguration der Fertigungssteuerung schon im Vorhinein zu erkennen. Fazit

Das theoretische Verständnis für die Zusammenhänge zwischen den Aufgaben der Fertigungssteuerung und den logistischen Stell-, Regel- und Zielgrößen hat sich in den letzten Jahren erheblich vertieft. Eine gezielte Steuerung der logistischen Zielgrößen ist heute mit vertretbarem Aufwand möglich. Unternehmen können zudem die Ursachen für eine mangelhafte logistische Zielerreichung vergleichsweise einfach identifizieren und geeignete Maßnahmen für ihre Verbesserung ableiten. Das Verfehlen einer hohen Logistikleistung lässt sich damit immer weniger auf externe Einflüsse zurückführen. Eine gut funktionierende Produktionslogistik wird deshalb immer mehr zur Voraussetzung für den Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit.

27.7 Durchsetzung einer Konfiguration

525

Umgekehrt bieten sich denjenigen Unternehmen reichhaltige Chancen, die das theoretisch vorhandene Wissen über die Produktionslogistik schnell in die Unternehmenspraxis überführen. Die zentralen Vorteile sind eine verringerte Kapitalbindung durch reduzierte Bestände und eine höhere Kundenbindung durch kurze Lieferzeiten und eine hohe Liefertreue. Daraus erwachsen Chancen für ein beschleunigtes Umsatzwachstum und erhöhte Unternehmensgewinne.

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[Woma-91] [Yu-01]

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Sachverzeichnis

Aachener PPS-Modell 6, 81 Abgangsterminabweichung 29, 57 Abzinsung 375 Abzinsungsfaktoren 383 ALP 391, 500 Andlersche Losgrößenformel 167 arbeitssystemspezifischer Belastungsabgleich 304, 497 Arbeitszeitflexibilität 473 Auftragserzeugung 12, 133, 493 Auslösungsart 134 Auslösungslogik 141 ereignisorientiert 141 Erzeugungsumfang 137 periodisch 141 Auftragserzeugungsdisziplin 521 Auftragsfertigung 134 Auftragsfreigabe 13, 297 Auslösungslogik 309 Detaillierungsgrad 306 ereignisorientiert 310, 501 Kriterien 297 mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich 500 periodisch 309, 501 Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung 391, 500 Auftragsfreigabe nach Termin 298, 313, 496 Auftragsfreigabeverfahren 469 Klassifizierung 311, 498 Auftragskoordination 92 Auftragsnetz 42 Auftragsschein 288 Auftragszeit 50 Auslastung 35 Auswahl eines Auftragserzeugungsverfahrens 493 eines Auftragsfreigabeverfahrens 496 von Reihenfolgeregeln 502 Basestock 273, 282, 469, 495 Baustellenfertigung 96

Bedarfsratenschwankungen 105, 202 Behälterinhalt 196 Behälter-Kanban 184 Belastungsabgleich 304 Belastungsflexibilität 106 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe 373, 500 Belastungsverschiebung 40, 450 Beschaffungsartzuordnung 88 Bestand 32, 54 blockierter 62 relativer 63 Bestandsgeregelte Durchfluss-Steuerung 431 Bestandsgrenze 367, 385, 434 Bestandskonto 356, 374, 426 Bestandsregelnde Auftragsfreigabe 300, 497 Bestandsregelung dezentral 307, 501 hybrid 307 Nachteile 303 Vorteile 301 zentral 307, 500 Bestandsreservierung 154 Bestandsrisiko 22 Bestellbestand 158 Bestellbestandsverfahren 147, 190, 465, 494 mit reservierten Beständen 154 mit variabler Bestelllosgröße 153 Bestellintervall 168 Bestelllosgröße 166 Bestellrhythmusverfahren 152, 168 BOA 373, 500 Bringprinzip 194 Bullwhip-Effekt 109 Gegenmaßnahmen 118 Ursachen 110 Chargenfertigung 102 C-Norm-Parameter 48 Collaborative Planning Forecasting Replenishment 129

538

Sachverzeichnis

Constant Work in Process 327, 342, 345, 389, 500 Conwip 327, 342, 345, 389, 500 Conwip-Karte 328 Critical Ratio 449 Datenqualität 523 DBF 423 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung 423 dezentrale Bestandsregelung 307, 501 Durchführungszeit 50 Durchlaufdiagramm 50, 53, 54 Durchlaufelement 52 Durchlauforientierte Losgrößenbestimmung 167 Durchlaufterminierung 85 Durchlaufzeit 29, 53 Durchsetzung einer Konfiguration 521 Eigenfertigungsplanung 88 Ein-Karten-Kanban 178 Einmalfertigung 97 einstufige Auftragserzeugung 137 Einzelfertigung 97 Engpass-Steuerung 339, 389, 500 bei mehreren Engpässen 341 Grundverfahren 340 Starvation Avoidance 342 Entscheidungstabelle 485 ereignisorientierte Auftragserzeugung 141 Auftragsfreigabe 310, 501 Mitarbeiterdisposition 487 Rückstandsregelung 479 Erzeugungsumfang 137 Extended Work in Next Queue 451 Feinterminierung 90, 140 Fertigungsart 97 Fertigungsprinzip 95 Fertigungssteuerung Aufgaben 7 Grundlagen 12 Modell 7 Regelgrößen 8 Stellgrößen 8 FIFO 445 First in - First out 445 Fließfertigung 95 Flussgrad 64 gewichtet 53 ungewichtet 53 Flussgradorientierte Terminierung 70

Fortschrittszahlen Definition 250 Fortschrittszahlensteuerung 249, 468, 495 FPE 446 FPS 445 Freigabedisziplin 521 Fristenplan 139 Frühester Plan-Endtermin 446 Frühester Plan-Starttermin 445 Gestaltung der Kapazitätssteuerung 504 gewichteter Servicegrad 28 Grundsätze der Rückstandsregelung 482 Gruppenfertigung 96 Holprinzip 194 hybride Bestandsregelung 307 Hybride Kanban-Conwip-Steuerung 233, 468, 495 ideale Produktionskennlinien 65 idealer Mindestbestand 66 Inselfertigung 96 Kanban 177, 258, 466, 494 Behälter-Kanban 184 Ein-Karten-Kanban 178 Lieferantenkanban 207 Minimal Blocking 186 Sicht-Kanban 183 Zwei-Karten-Kanban 182 Kanban-Anzahl 199, 208 Kapazität relative 476 Kapazitätsabstimmung 86 Kapazitätsanpassung 479 Kapazitätsbedarfsplanung 255 Kapazitätsbedarfsrechnung 86 Kapazitätsflexibilität 106, 470, 504 Betriebsmittel 472 Definition 470 Mitarbeiter 473 resultierende 476 Kapazitätshüllkurve 470, 477 Kapazitätsliste 83 Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung 211, 467 Kapazitätsplanung 85 Kapazitätsrestriktionen 145, 483 Kapazitätssteuerung 14, 461, 504 leistungsmaximierend 463 Rückstandsregelung 462 Kapazitätssteuerungsdisziplin 521 Kernaufgaben der Produktionsplanung 81

Sachverzeichnis Klassifizierung bestandsregelnder Auftragsfreigabeverfahren 498 der Auftragsfreigabeverfahren 311 von Auftragserzeugungsverfahren 142 Kleinserienfertigung 97 Kombination von Reihenfolgeregeln 503 Konfiguration der Fertigungssteuerung 14, 491 Durchsetzung 521 Fallbeispiele 505 Kontrollblöcke 250 Korma 211, 467, 495 KOZ 452 Kürzeste Operationszeit-Regel 452

Maximaler Bedarf während der Wiederbeschaffungszeit 162 Mehrfachqualifizierung 474 Mehrstufige Auftragserzeugung 138 Mindestauflagehäufigkeit 450 Minimal Blocking 186 Mitarbeiterdisposition 486 Auslösungslogik 487 ereignisorientiert 487 Kriterien 486 Lokalität 487 periodisch 487 Mitarbeiterqualifikation 524 Modell der Fertigungssteuerung 5 MRP-Nervousness 145

Lagerfertigung 136 Lagerkennlinie ideale 47 Servicegrad 47 theoretische 47 Lagerwesen 92 Leistung 35, 449 Leistungsmaximierende Kapazitätssteuerung 463 Leitsätze für die Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren 78 Leitstand 91 Lieferantenkanban 207 Lieferbereitschaftsgrad 25 Lieferterminabweichung 24, 43 Liefertermineinhaltung 25, 44 Liefertreue 24, 43, 75, 445 Lieferzeit 20, 40, 76 Lieferzeitpuffer 41, 44 Logistikkosten 19, 32 Logistikleistung 19, 20 Logistische Positionierung 73 Logistische Zielgrößen 8, 19 Lokalität der Mitarbeiterdisposition 487 Losbestand 47 Losgröße 196 Losgrößenrechnung 88 Losweiser Transport 98

normierte Produktionskennlinien 64

Massenfertigung 97 Materialbedarfsplanung 252 Materialentnahmeschein 288 Materialflusskomplexität 104 Maximale negative Liefermengenabweichung 161 Maximale positive Lieferterminabweichung 159

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One-piece-flow 99 PAC 287, 469, 495 PA-Karten 288 periodische Auftragserzeugung 141 Auftragsfreigabe 309, 501 Mitarbeiterdisposition 487 Rückstandsregelung 478 Plan-Bestände 280 Plan-Fortschrittszahlen 268 Polca-Karte 408 Polca-Steuerung 407 Positionsnummer 437 PPS-Controlling 93 praktisch maximale Termintreue 62 praktisch minimaler Grenzbestand 48 Prioritätsregeln 443 Production Authorization with Cards 287, 469 Produktionsbedarfsplanung 83 Produktionskanban 179 Produktionskennlinien 59 Auslastung 64 Berechnung 70 Durchlaufzeit 60 Herleitung 64 ideale 65 Leistung 59 Näherungsgleichung 68 normierte 64 reale 67 Reichweite 60 relative Terminabweichung 61 Übergangszeit 61 Verlauf 59

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Sachverzeichnis

Produktionsprogrammplanung 81, 252 Prozessstörungen 523 Qualifikationsmatrix 475 Querschnittsaufgaben 92 reale Produktionskennlinien 67 Reihenfolgebildung 14, 443, 502 Reihenfolgedisziplin 59, 456, 457, 521 reihenfolgegerechte Abarbeitung 58 Reihenfolgeplanung 90 Reihenfolgeregeln 502 Reihenfolgezyklen 450 relative Kapazität 476 Terminabweichung 30 relativer Bestand 63 Restschlupf 446 Rückfluss 104, 438 Rückstand 56, 454, 455 Rückstandsmessung 463, 504 Detaillierungsgrad 464 Messgenauigkeit 464 Messgröße 465 Messmittel 465 verfahrensabhängige 465 Rückstandsregelung 462, 478 Anwendungsbeispiel 484 Auslösungslogik 478 ereignisorientiert 479 Grundsätze 482 periodisch 478 rüstzeitoptimierende Reihenfolgebildung 449 Schlupfzeitregel 446 Scor-Modell 107 Sekundärbedarfsermittlung 84 Sekundärbedarfsplanung 255 Serienfertigung 97 Servicegrad 27, 46, 77, 447 Sicherheitsbestand 48, 158, 202 Sicht-Kanban 183 Sofortige Auftragsfreigabe 298, 496 Standardnormalverteilung 163 Starvation Avoidance 342 Steuerungsfortschrittszahl 257, 264, 270, 274 Stolpersteine der PPS 522 Supply Chain Management 107

Definition 107 Grundprinzipien 125 Methoden 125 Synchro MRP 223, 468, 495 Tagesproduktionsprogramm 224 Teilefluss 98 Termin- und Kapazitätsplanung 85 Terminabweichung 29, 56 Terminkennlinie relative Termintreue 61 Termintreue im Abgang 61 Termintreue 29, 31 Theory of Constraints 351 Trichterformel 55 Trichtermodell 50, 54 Übergangszeit 53 überlappte Fertigung 101 Uhrwerk-Steuerung 300 Umlaufverschiebung 140, 253, 268, 270 Variantenanzahl 103 Vendor Managed Inventories 128 Verfügbarkeitsprüfung 91 Verzugskosten 37 Vorgriffshorizont 301, 337, 382 Vorgriffszeit 212 Vorlaufverschiebung 139, 252, 268, 270 Wahrscheinliche Terminierung 213 Werkbankprinzip 96 Werkstättenfertigung 95 Wiederbeschaffungszeit 164, 201 Workload Control 355, 389, 500 mit geänderten Freigabebedingungen 363 mit Kanbans 362 mit modifizierten Buchungsauftragszeiten 361 mit modifizierten Buchungszeitpunkten 361 Wunschliefertreue 31, 32, 46 XWINQ-Reihenfolgeregel 451, 503 zentrale Bestandsregelung 307, 500 Zielgrößen, logistische 8 Zugangsterminabweichung 30 Zwei-Karten-Kanban 182