Flussorientierte Kapazitätsplanung und -steuerung

Seite 1 Methoden und Werkzeuge zur flussorientierten Kapazitätsplanung und -steuerung Friedhelm Nyhuis, GTT Gesellschaft für Technologie Transfer mbH, Hannover 1 Einleitung Die Anforderungen des Marktes nach kürzeren Lieferzeiten mit gleichzeitig verbesserter Termintreue sowie die firmenübergreifende Integration von Unternehmen in mehrstufige Lieferketten erfordern eine ständige Verbesserung der Reaktionsfähigkeit in der Produktion. In der Vergangenheit wurde die Lieferfähigkeit über Bestände ausgeglichen, insbesondere über Produkt- oder Baustufenbestände. Die heutigen Rahmenbedingungen wie z.B. die zunehmende Teilevielfalt, die Schwankungen des Marktbedarfs und die Reduzierung der Innovationszyklen erfordern ein Umdenken in der logistischen Auslegung von Produktionssystemen in Richtung höherer Flexibilität und Reaktionsfähigkeit. Mit diesen Forderungen ergeben sich neue bzw. erweiterte Anforderungen an die Funktionalität von Systemen zur Produktionsplanung- und –steuerung (PPS). Die heute eingesetzten PPS-Methoden und -Systeme betrachten überwiegend das Aufgabengebiet der Auftragssteuerung unter dem Aspekt der Harmonisierung von Belastungen und Beständen in der Produktion. Sofern sie über differenzierte Planungsalgorithmen verfügen, sind diese darauf ausgelegt, die Belastungen bei schwankendem Kapazitätsbedarf zu verschieben. Dabei wird in der Regel nur ein Teil der für die Auftragsbearbeitung benötigten Ressourcen betrachtet. Die Planungsergebnisse weisen deshalb bezogen auf den Rechenaufwand und den Optimierungsanspruch nur eine geringe Realisierungswahrscheinlichkeit auf. Wenn man die Aufgaben der Produktionsplanung und –steuerung aus einer marktorientierten logistischen Sicht betrachtet, dann ergibt sich in erster Linie die Aufgabe, die Kapazitäten/Ressourcen dynamisch an den Kapazitäts-/Ressourcenbedarf anzupassen. Wenn man einen Idealzustand mit einer vollständigen Anpassung des Kapazitätsangebots an den dynamischen Kapazitätsbedarf erreicht, reduziert sich die Aufgabenstellung der PPS-Systeme auf eine einfache Auftragsdurch- laufplanung sowie auf das logistische Konfigurieren und das laufende Überwachen (Monitoring) der Materialflusskette. Der folgende Beitrag erläutert die in der Software FAST/pro implementierten Methoden und Werkzeuge, die eine dynamische fluss- und bedarfsorientierte Kapazitätsregelung unterstützen. FAST/pro wurde als Add-on-Software zur Unterstützung von PPS-/ERP-Systemen entwickelt. Die Allgemeingültigkeit der FAST/pro-Methodik drückt sich u.a. darin aus, dass die Software in zahlreichen Unternehmen mit unterschiedlichen Auftrags-, Fertigungs- und Produktstrukturen erfolgreich eingesetzt wird. Zu den Anwendern gehören sowohl Einmalfertiger des Anlagenbaus als auch Massenfertiger der Automobilindustrie. 2 Anwendung der Durchlaufdiagramm-Methodik zur Analyse und Planung der Auftragsabwicklung in der Produktion Das Trichtermodell und das Durchlaufdiagramm sind Werkzeuge zur Darstellung von Prozessparametern des Arbeitsplatzdurchlaufs. Das Trichtermodell zeigt den Prozesszustand als aktuelle Prozesswerte für einem definierten Zeitpunkt oder in Form von Mittelwerten für einen definierten Zeitraum (Bild 1, links). Die Trichterfüllung repräsentiert den Arbeitsvorrat vor dem Arbeitsplatz. Der Wert wird üblicherweise in Vorgabestunden (geplante Auftragszeit) berechnet. Der Abfluss aus dem Trichter wird mit dem Leistungsparameter Abgang pro Zeiteinheit beschrieben. Analog erfolgt die Definition des Zuflussparameters als Zugang pro Zeiteinheit. Der Quotient Bestand / Abgang beschreibt die Warteschlangenlänge am Arbeitsplatz (Bestandsreichweite). Während das Trichtermodell eine anschauliche zeitpunkt- oder eine zeitraumbezogene Betrachtung der Prozessparameter ermöglicht, ist das Durchlaufdiagramm (Bild 1, rechts) ist ein ideales Werkzeug, um den dynamischen Verlauf der Prozessparameter des Arbeitsplatzes (z.B. Bestand, Auslastung, Durchlaufzeit und Termintreue) anschaulich darzustellen. Die Grafik in Bild 1 zeigt, wie das Durchlaufdiagramm aus dem Trichtermodell abgeleitet werden kann. Ausgehend von einem aktuellen Bestand am Arbeitsplatz (Anfangsbestand) werden über der Zeitachse der Zugang und der Abgang in Form von kumulierten Fortschrittswerten aufgetragen. Seite 2 Arbeit Endbestands- reichweite Zugangsverlauf Zugang [Std] Zugang im Endbestand (ankommende Aufträge) Betrachtungs- Kapazität zeitraum Aktueller Bestand Abgang im Bestand [Std] Anfangs- Betrachtungs- bestand zeitraum Abgangsverlauf Betrachtungszeitraum Zeit Abgang [Std] (abgefertigte Aufträge) Bild 1: Trichtermodell und Durchlaufdiagramm Jeder Stufensprung auf der Abgangsachse entspricht dabei einer Rückmeldung des Arbeitsplatzes. Die Höhe des Stufensprungs repräsentiert die Vorgabezeit des abgemeldeten Arbeitsgangs. Bei Arbeitsplätzen, die aus mehreren Teilsystemen bestehen, können gleichzeitig auch mehrere Rückmeldungen gebucht werden. In diesem Falle setzt sich ein Stufensprung der Abgangskurve aus mehreren Einzelbuchungen zusammen. Jeder Stufensprung auf der Zugangskurve entspricht der Fertigstellung eines Arbeitsgangs an dem vorgelagerten Arbeitsplatz bzw. der Bereitstellung von Material für die Bearbeitung des ersten Arbeitsgangs. Der Stufensprung entspricht analog zur Abgangsdarstellung dem Arbeitsinhalt, der an dem betrachteten Arbeitsplatz zu bearbeiten ist. Der Bestand am Arbeitsplatz ergibt sich aus dem vertikalen Abstand der Zu- und Abgangskurve zu einem beliebigen Zeitpunkt. Wie man dem Verlauf der Zu- und Abgangskurve entnehmen kann, hatte der Arbeitsplatz im gesamten Betrachtungszeitraum genügend Bestand, um durchgängig arbeiten zu können. Die Steigung der Abgangskurve (Leistungskurve) kann demnach als Kapazitätswert für die künftige Planung des Arbeitsplatzes verwendet werden, wenn der gewählte Betrachtungszeitraum grundsätzlich einem repräsentativen Zeitraum für die Bewertung des Arbeitsplatzes darstellt und wenn die Prozessparameter des Arbeitsplatzes nicht geändert werden (Personalbesetzung, Arbeitszeiten, Bearbeitungstechnologie usw.). Die Durchlaufzeit bzw. Reichweite des Arbeitsplatzes ergibt sich aus dem horizontalen Abstand der Mittelwertkurven des Zu- und Abgangsverlaufs. Aufgrund von Reihenfolgevertauschungen bei der Abarbeitung der Aufträge entspricht die gemessene Durchlaufzeit der einzelnen Arbeitsgänge in der Regel nicht der berechneten Bestandsreichweite am Arbeitsplatz. Die Meßwertabweichungen hängen wesentlich von der Länge des Auswertungszeitraums, von der Schwankungsbreite der Bestands- reichweite und vom Abfertigungsverhalten am Arbeitsplatz ab. Neben den Prozessparametern des Ist-Durchlaufs bietet das Durchlaufdiagramm auch die Möglichkeit der Analyse der Terminsituation. Bild 2 zeigt zusätzlich zum Ist-Abgangsverlauf auch den Soll- Abgangsverlauf der Arbeitsgänge am Arbeitsplatz. Der Soll-Abgangsverlauf spiegelt das Ergebnis der Rückwärtsterminierung wider. Die Soll-Abgangskurve verläuft oberhalb und nahezu parallel zum Ist-Abgangsverlauf bzw. zur Kapazitätskurve. Die Lage oberhalb des Ist-Abgangsverlaufs bedeutet, dass es sich um eine Rückstandssituation handelt. Der vertikale Abstand entspricht dabei dem Rückstand in Stunden. Der horizontale Abstand entspricht dem Rückstand in Tagen (Rückstandsreichweite). Die Rückstands- reichweite drückt aus, wie viele Tage der Arbeitsplatz bezogen auf die aktuelle Kapazität arbeiten muß, um den Rückstand abzubauen. Die Parallelität der Soll- und Ist-Kurven zeigt auf, dass der Rückstand ohne eine Kapazitätserhöhung oder eine Belastungsanpassung nicht abgebaut werden kann. Welche dieser Maßnahmen angewendet wird, hängt in der Praxis jeweils von der aktuellen Seite 3 Unternehmenssituation ab. Im Durchlaufdiagramm kann man lediglich Erkennen, dass ein Handlungsbedarf zum Ausgleich der Rückstandssituation besteht. Plan- Arbeit rückstand Soll-Abgangsverlauf Soll-Abgang im Betrachtungs- zeitraum Rückstand Anfangs- rückstand Ist-Abgangsverlauf Betrachtungszeitraum Zeit Zukunft Bild 2: Darstellung der Terminsituation im Durchlaufdiagramm 3 Anwendung von Terminierungs- und Einplanungsmethoden zur Kapazitätsplanung Eine unmittelbare Ableitung des Kapazitätsbedarfs aus dem Durchlaufdiagramm ist in Rückstands- situationen (Bild 2) grundsätzlich nicht möglich, wenn der betrachtete Arbeitsplatz im Materialfluss hinter einem Engpassarbeitsplatz liegt.