Produktionsplanung



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Th. Schulz u.a.: Feinplanung von Fertigungsaufträgen




Kapazitäten sicherzustellen. Die Disposi-   verstanden, bei der a...
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Schlüsselwörter:
MES, PPS, Feinplanung, Optimierung


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Feinplanung von Fertigungsaufträgen

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Die Grundidee von Manufacturing Execution Systems, als konsequente Erweiterung des CIM Gedankens, blickt nun schon auf lange Historie in der Produktion von Gütern zurück. Planung und Optimierung der Produktion etablierten sich dabei zu einem festen Bestandteil. Dieser Artikel soll einen Beitrag bezüglich der Integration dieser Themen innerhalb von Manufacturing Execution Systems aufzeigen.

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Feinplanung von Fertigungsaufträgen

  1. 1. Produktionsplanung Feinplanung von Fertigungsaufträgen Optimierung als Kernfunktion von Manufacturing Execution Systems Thomas Schulz und Dimos Mitkoudis, Rockwell Automation Dipl.-Ing. Thomas Schulz Ausgangssituation durchgängige Automatisierungslösungen ist als Account Manager mit einem aussagekräftigen Informati- im Unternehmen Rock- well Automation für Die Verkürzung der Durchlaufzeit bei onsmanagement. Fertigungsprozesse, die den Bereich Software in gleichzeitiger Erhöhung der Produkt- über Insellösungen gesteuert werden sol- Norddeutschland verant- wortlich. vielfalt gehört dabei zu den größten len, sind nach wie vor eines der größten Herausforderungen der fertigenden In- Hemmnisse für Manufacturing Execution dustrie. Mit Manufacturing Execution Systems. Mit Insellösungen sind Unter- Systems können Unternehmen ihre Pro- nehmen nicht in der Lage, die tatsäch- Dipl.-Ing. Dimos Mit- koudis ist Projektleiter bei duktion schnell und flexibel an ver- lichen Produktions- und Lieferprozesse der Aserno Systemhaus änderte Markt- und Nachfragebedin- umfassend und in Echtzeit abzubilden. GmbH in Aachen. gungen anpassen. Gleichzeitig sollen Damit fehlt die transparente, durchgän- Lagerbestände im Fertigungsbereich und gige Sicht auf die Fertigung, was die im Fertigteilwarenlager minimiert und Möglichkeiten zur schnellen Reaktion dadurch Produktionskosten signifikant stark einschränkt. Dieses hat zur Folge, gesenkt werden. Grundlegende Informa- dass Unternehmen nur verzögert auf tionen sowie aktuelle Entwicklungen be- Nachfrage, Kundenanforderungen oder schreiben dazu die Publikationen [1-6]. Lieferbedingungen reagieren können. Die Grundidee von Manufacturing Wie in [7] und [8] referiert, ist die Inte- Execution Systems, als konsequen- gration aller an der Fertigung beteiligten Planungsmodelle te Erweiterung des CIM Gedankens, Systeme und Prozesse auf einer Plattform blickt nun schon auf lange Historie eine zwingende Voraussetzung. Dazu be- Zentrale Aufgabe der Disposition ist in der Produktion von Gütern zu- nötigt man aus Sicht der Fertigungsebene es, die Verfügbarkeit von Material und rück. Planung und Optimierung der Produktion etablierten sich dabei zu Bild 1: Informationsrückkopplung einem festen Bestandteil. Dieser Ar- tikel soll einen Beitrag bezüglich der Planung sämtlicher Integration dieser Themen innerhalb Bearbeitungsvarianten von Manufacturing Execution Sys- tems aufzeigen. Planung Optimierung Begrenzung des Lösungsraumes durch Ausschluss unverträglicher Daten des Alternativen Produktionsprozesses • Optimale Dimensionierung der warum Insellösungen MES-Systeme Bestände nicht ersetzen, • Optimale Synchronisation der wie Planung und Optimierung von Steuerung Bearbeitungsstationen • Optimale Verplanung der einzelnen Produktionsprozessen erfolgreich in Aufträge anhand der bewerteten ein Manufacturing Execution Sys- Operative Steuerung Arbeitspläne und Operationen der Fertigung tem integriert werden können. 52 PPS Management 11 (2006) 1
  2. 2. Th. Schulz u.a.: Feinplanung von Fertigungsaufträgen Kapazitäten sicherzustellen. Die Disposi- verstanden, bei der ausgehend von optimale Lösung nur von kurzer Gül- tion soll also für den internen Gebrauch einer Menge von Aufträgen ein zeitli- tigkeit und müsste nach nur minimalen und für den Vertrieb die erforderlichen cher Plan aufgestellt wird, der festhält, Veränderungen im Produktionsprozess Materialbedarfe termingerecht bereit- wann, bzw. in welcher Reihenfolge die neu berechnet werden. stellen, entweder durch Beschaffung Aufträge fertig gestellt werden und die Ein wichtiges Evaluierungskriterium oder durch Eigenproduktion. Ergän- dafür benötigten Operationen durchge- kann auch die Robustheit eines Pla- zend berechnet die Disposition auch führt werden. nes gegenüber Störungen und Abwei- die Einsatzplanung der Ressourcen. Die Die Aufgaben der Feinplanung las- chungen im Produktionsprozess sein. Herausforderung für die Disposition sen sich basierend auf den Informatio- Ein Plan sollte dann besser bewertet besteht dabei darin, den optimalen nen in [9] und [10] in vier Kategorien werden, wenn diese Änderungen keine Weg zwischen bestmöglicher Lieferbe- einteilen: Umplanung erfordern, weil von einer reitschaft und Minimierung der Kos- ten und der Kapitalbindung zu finden. · Mengenprobleme Welche Los- oder Chargengröße der Umplanung meist wieder viele andere Entscheidungen abhängen (Vergleiche Generelle Fragen nach Segmentierung End- Zwischen- und Vorprodukte hierzu [11] und [12]. und Strukturierung der Produktion wer- werden im Planungszeitraum benö- fen sich hierbei auf. Vorraussetzungen tigt? Informationsrückkopplung zu deren Beantwortung sind Grundre- geln und Methoden bei der Umgestal- · Terminprobleme (Scheduling) Zu welchem Zeitpunkt soll die Die Feinplanung von Produktions- tung von Fertigungssystemen mit ihren Fertigung der einzelnen Aufträge prozessen liegt in einem Unternehmen organisatorischen Ansätze und Grenzen durchgeführt werden? unterhalb der Ebene der Produktions- und Potenzialabschätzungen. In einem Produktionsprozess ist ein · Zuordnungsprobleme Auf welchen Betriebsmitteln mit wel- planung. Ein ERP-System generiert meist eine Auftragsliste aufgrund von Fertigungsauftrag ein zu fertigendes chem Werkzeug von welchem Perso- geschätzten Kapazitäten und Lieferzei- Produkt, an das bestimmte Anforderun- nal soll die Fertigung erfolgen? ten, ohne dass eine mögliche Reihung gen hinsichtlich der Funktion, der Qua- lität oder des Aussehens gestellt werden. · Reihenfolgeprobleme (Sequencing) In welcher Reihenfolge sollen die der Aufträge bekannt ist (Bild 1). Die Menge einzuplanender Aufträge kann Manchmal werden mehrere gleiche oder Fertigungsaufträge abgearbeitet aber auch von einem weiterverarbeiten- ähnliche Kundenaufträge entweder aus werden? den Betrieb kommen, der als Auftrag- produktionstechnischen Gründen oder geber fungiert. Unter Berücksichtigung zur Verringerung der Komplexität beim Optimierung als Evaluierung von Auftragspräferenzen und von tech- Planen zusammengefasst. Zur Erledi- der Planung nischen Einschränkungen in der Pro- gung eines Auftrages müssen bestimm- duktion müssen dann eine Planung der te Operationen unter Verwendung von Neben der Suche nach zulässigen Reihenfolge und möglicherweise eine Ressourcen durchgeführt werden. Plänen wird beim Scheduling deswe- Festlegung von Zeiten für Operationen Sind zur Erfüllung eines Auftra- gen häufig noch die Optimierung der auf Maschinen durchgeführt werden. ges mehrere Operationen notwendig, erzeugten Pläne anhand von weichen Es lassen sich durch die Betrachtung können sie zu einem Prozessplan zu- Einschränkungen gewünscht. Das Krite- der Regelmäßigkeit der Datenerfassung sammengefasst werden. Dieser enthält rium dafür kann durch quantifizierbare bei der Rückkopplung zwei verschiedene eine Beschreibung der Ressourcen, die Funktionen vorgegeben werden oder Typen definieren. Man unterscheidet in für die einzelnen Operationen benö- durch eine explizite Darstellung von konstante und bedarfsgesteuerte Rück- tigt werden und möglicherweise eine Präferenzen zwischen Planalternativen. kopplung. Die konstante Rückkopplung zeitliche Reihenfolge der Operationen. In vielen praktischen Anwendun- besteht aus zeitlich festen oder durch Wenn die Art der Operationen erst noch gen verzichtet man von vornherein äußeren Takt vorgegebenen Abständen geplant werden muss, wird von einer auf optimale Lösungen, stattdessen der Datenübertragung nach bestimm- Prozessplanung gesprochen. Wenn nur gibt man sich mit guten und zulässi- ten Schemata, wie etwa die konstante noch geplant wird, welche Maschine gen Lösungen zufrieden. Oft wissen Informationsübertragung von der Pro- für eine Operation des Prozessplanes selbst die Experten des Unternehmens duktion im Rahmen der Maschinen- benutzt werden sollen, wird auch vom nicht, welches die optimale Lösung und Betriebsdatenerfassung. Routing gesprochen. ist, sondern sie können nur sagen, ob Sofern es nicht erforderlich ist, Infor- eine Lösung besser ist als eine ande- mationen kontinuierlich zur Verfügung Scheduling von re. Außerdem gibt es dann meist eine zu stellen, sondern es genügt, beim Produktionsprozessen Reihe von gleich bewerteten Lösungen. Auftreten bestimmter Ausnahmefälle Durch regelmäßige Störungen bzw. Ab- eine Rückkopplungsnachricht an einen Unter dem Scheduling von Pro- weichungen vom geplanten Verlauf in Bereich zu senden, in der ein bestimm- duktionsprozessen wird eine Tätigkeit der Produktion wäre die theoretisch tes Ereignis dokumentiert wird, so © GITO-Verlag 53
  3. 3. Produktionsplanung als auch nachfolgender Prozessoptimie- rungen angesehen. Literatur [1] MESA: MESA´s next generation colla- borative MES Model. Chandler : MESA International, White Paper No. 8, Mai 2004 [2] IEC 62264-1:2003: Enterprise-control system integration, Part 1: Models and terminology. Genf : ISO copyright office, 2003 [3] IEC 62264-2:2004: Enterprise-control system integration, Part 2: Model object attributes. Genf : ISO copyright office, 2004 [4] ANSI/ISA-95.00.03-2005 Enterpri- se-Control System Integration, Part 3: Models of Manufacturing Operations Management. Research Triangle Park : Instrumentation, Systems and Automa- Bild 2: Beispiel einer Plantafel. tion Society, 2005 [5] ISA Draft 95.00.04: Enterprise-Control System Integration Part 4: Object Mo- spricht man von einer bedarfsgesteuer- winnen. Es lassen sich jedoch noch dels and Attributes of Manufacturing ten Rückkopplung. Die bedarfsgesteu- weitere Informationen im Diagramm Operations Management. Research Tri- erte Rückkopplung ist im Gegensatz zur darstellen. So kann z. B. die farbliche angle Park : Instrumentation, Systems and Automation Society, 2005 konstanten Rückkopplung flexibler, er- Gestaltung der Balken die Zusammen- [6] ISA Draft 95.00.05: Enterprise-Control fordert jedoch einen höheren Aufwand gehörigkeiten der einzelnen Schritte System Integration, Part 5: Business to bei der Erfassung und Verwaltung der verdeutlichen. Eine weitere Möglich- Manufacturing Transactions. Research Triangle Park : Instrumentation, Systems Rückkopplungsnachrichten. keit ist die Unterteilung nach Priorität and Automation Society, 2005 oder Status eines Schrittes. [7] SCHEDLER, Dietmar; SCHULZ, Thomas: Integrierter Lösungsansatz Die Plantafel besitzt neben den oben Datenmodellierung eines Manufacturing Execution Systems mit Hilfe integrier- aufgeführten darstellenden Funktionen ter Toolsets für ein fischverarbeitendes Basierend auf einem gemeinsamen auch die Möglichkeit zur Interaktion Unternehmen. In: Tagungsband IT & Fabrikdatenmodell analysiert und mit dem Benutzer. Dieser kann einzelne Automation 2000. Berlin : VDE-Verlag, 2000, S. 267-276. optimiert simultan das Modul Scheduler Produktionsschritte mit der Maus im [8] SCHULZ, Thomas: Vorteile und Einsatz- aus der FACTORYTALK® Suite die Diagramm verschieben. Dabei überprüft felder integrierter Toolsets zur Model- benötigten Ressourcen und findet die anschließend das Programm, ob alle ge- lierung von Manufacturing Execution Systems (MES). In: Scientific Reports - jeweils beste Planungsreihenfolge. Es gebenen Bedingungen wie benötigter Wissenschaftliche Berichte. Nr. 5: IWKM werden die vorhandenen realen Pro- Maschinentyp oder ausreichende freie 2000 - Band A: Automatisierungstech- duktionsbedingungen sowie manuelle Kapazität erfüllt sind. nik. Mittweida : Wissenschaftliche Zeit- schrift der Hochschule Mittweida, 2000, Einschränkungen berücksichtigt. S. 65-72. Die Plantafel ist die zentrale Ober- Zusammenfassung [9] BAKER, Kenneth R.: Introduction to flächenkomponente eines Ablaufpla- Sequencing and Scheduling. New York : Wiley, 1974 nungssystems. Alle wichtigen Daten Die vorliegende Arbeit versteht sich [10] CONWAY, Richard W.; MAXWELL, Wil- werden in einem Gantt-Diagramm als ein Beitrag zur Diskussion von liam L.; MILLER, Louis W.: Theory of graphisch aufbereitet, wodurch dem Anforderungen bezüglich integrier- Scheduling. Reading : Addison-Wesley, 1967 Planer die Möglichkeit geboten wird, ter Manufacturing Execution Systems. [11] FANDEL, Günter; STAMMEN-HEGENER, einen schnellen Überblick über alle Der hierbei aufgezeigte Lösungsan- Cathrin: Entwicklung eines Modells zur bereits verplanten, sowie alle noch ein- satz ist modularer Teil eines offenen simultanen Losgrößen- und Reihenfol- geplanung bei einstufiger Mehrprodukt- zuplanenden Produktionsaufträge zu Lösungskonzeptes basierend auf der fertigung. In: Hermann, Jahnke [Hrsg.]: gewinnen. In Bild 2 ist beispielhaft ein integrierten Produktionsmanagement Betriebswirtschaftslehre und betriebliche Gantt-Diagramm dargestellt, welches und Performance Suite FACTORYTALK® Praxis : Festschrift für Horst Seelbach zum 65. Geburtstag. Wiesbaden : Deut- die zeitliche Belegung mehrerer Ma- aus dem Hause Rockwell Automation. scher Univ.-Verl., 2003, S. 25-47 schinen darstellt. Datenkonsistenz, Schnittstellen und [12] QUADT, Daniel: Lot-Sizing and Schedu- Somit ist es nun möglich, einen freier Informationsaustausch werden ling for Flexible Flow Lines. In: Lecture Notes in Economics and Mathematical schnellen Überblick über belegte und dabei als zentraler Kern sowohl für die Systems. Berlin : Springer, Vol. 546, noch verfügbare Ressourcen zu ge- Feinplanung von Fertigungsaufträgen XVIII, 2004, S. 227-230 54 PPS Management 11 (2006) 1
  4. 4. Th. Schulz u.a.: Feinplanung von Fertigungsaufträgen Schlüsselwörter: MES, PPS, Feinplanung, Optimierung Detailed planning of production orders Optimization as a core function of Ma- nufacturing Execution Systems The philosophy of Manufacturing Exe- cution of system, as consistent extensi- on of the CIM concept, looks now alrea- dy on long history in the production of goods back. Planning and optimization of production were established thereby to a firm component. This article is to point a contribution out concerning the integration of these topics within Ma- nufacturing Execution Systems. Keywords: MES, MRP, Scheduling, Optimizing Zweigniederlassung der Rockwell International GmbH Harburger Schloßstr. 30 21079 Hamburg Tel.: 040/766162-0 Fax: 040/766162-33 Mail: tschulz@ra.rockwell.com www.rockwellautomation.de Aserno Systemhaus GmbH Pascalstr. 26 52076 Aachen Tel.: 02408/1405-52 Fax: 02408/1405-55 Mail:d.mitkoudis@aserno.de www.aserno.de © GITO-Verlag 55

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