Produktionsplanung und -steuerung


Produktionsplanung und -steuerung

Die Produktionsplanung und -steuerung (PPS) ist ein Grenzgebiet zwischen Betriebswirtschaftslehre (insbes. Fertigungswirtschaft), Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen und insbesondere der Wirtschaftsinformatik. Sie beschäftigt sich mit der operativen, zeitlichen, mengenmäßigen und wenn nötig auch räumlichen Planung, Steuerung und Kontrolle, damit zusammenhängend auch der Verwaltung aller Vorgänge, die bei der Produktion von Waren und Gütern notwendig sind.


Inhaltsverzeichnis

Überblick

Die Produktionsplanung und -steuerung bildet heute nach wie vor den Kern eines jeden Industrieunternehmens. Im Vordergrund steht die Optimierung des gesamten Produktionssystems. Produktionssysteme beschreiben die ganzheitliche Produktionsorganisation und beinhalten die Darstellung aller Konzepte, Methoden und Werkzeuge, die in ihrem Zusammenwirken die Effektivität und Effizienz des gesamten Produktionsablaufes ausmachen.

Die PPS teilt sich auf in die Produktionsplanung, die die Vorgänge mittel- bis kurzfristig vorplant, und die Produktionssteuerung, die anhand dieser Planung die Aufträge freigibt und steuert. Beide Bereiche greifen ineinander und sind insbesondere in kleinen bis mittelgroßen Betrieben meist auch in einem Verantwortungsbereich zusammengefasst.

Teile der PPS sind die Produktionsprogrammplanung, die Materialwirtschaft, die Termin- und Kapazitätsplanung, die Auftragsfreigabe und die Auftragsüberwachung. Eine Übersicht über die Aufgaben der PPS liefert das Aachener PPS-Modell. Hier findet eine Gliederung in Kern-, Netzwerk- und Querschnittsaufgaben statt. Während die Kernaufgaben wie z. B. die Produktionsprogramm- und Produktionsbedarfsplanung die Abwicklung eines Auftrags vorantreiben sollen, dienen die Querschnittsaufgaben (z. B. Controlling, Auftragsmanagement) der bereichsübergreifenden Integration und Optimierung der PPS. Vor dem Hintergrund der Organisationsstruktur von Produktionsnetzwerken mit verteilten, lokalen Unternehmenseinheiten ist eine strategische Gestaltungsebene als Grundlage der strategisch/taktischen Planung notwendig. Diese Planungselemente werden unter den Netzwerkaufgaben zusammengefasst.

In der Regel werden die Prozesse der PPS durch PPS-Systeme unterstützt. Erste Ansätze integrierter Systeme wurden Anfang der 70er Jahre unter anderem von IBM mit COPICS entwickelt.

Traditionelle PPS-Systeme basieren auf einem sukzessiven Planungskonzept. Die Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung werden in Teilprobleme zerlegt, die hintereinander gelöst werden. Jedoch sind die Übergänge zwischen den einzelnen Punkten oftmals fließend.

Die massenhafte Verbreitung technisch komplexer Produkte und stetige Verkürzung der Produktlebenszyklen führen seit einigen Jahren zu einem ständig steigenden Entsorgungsbedarf, dieser führt zu steigender Relevanz der Demontageplanung und -steuerung (DPS). Die DPS ist weitestgehend analog zur PPS konzipiert.

Produktionsplanung

Die Produktionsplanung lässt sich nach Gutenberg in

  • Produktionsprogrammplanung,
  • Materialbedarfsplanung (MRP I; auch Bereitstellungsplanung als Teil innerbetrieblicher Logistik) und
  • Produktionsprozessplanung (auch Ablauf- bzw. Produktionsdurchführungsplanung)

unterteilen, auf die im Folgenden näher eingegangen wird.

Produktionsprogrammplanung

Im Rahmen der Produktionsprogrammplanung beschäftigt man sich mit der lang-, mittel- und kurzfristigen Planung, wobei Parameter wie Kapitalbindung, Fristigkeit und Korrigierbarkeit der Fehler entscheidend sind, ob sie einen strategischen oder operativen Charakter tragen. Bei langfristiger Planung (ab 3 Jahren) ist die Frage über Marktsegmente und entsprechende Produkte zu klären, die den Schwerpunkt unternehmerischer Aktivitäten bilden sollen. Mittelfristig (Quartals-, Jahresplanung) werden Produktgruppen geplant, so dass kurzfristig (unterjährig) lediglich über die Menge herzustellender Produkte zu entscheiden ist.

Materialbedarfsplanung

Ausgehend vom Primärbedarf (Produktionsmenge) wird in der Materialbedarfsplanung ermittelt, wie viele Mengeneinheiten an Rohstoffen und Zwischenprodukten (Sekundärbedarf) zur Deckung des Primärbedarfs benötigt werden. Hierzu müssen die Erzeugnisbestandteile in Stücklisten oder Arbeitsplänen bekannt sein.
Teile des Sekundärbedarfs können schon im Lager vorhanden sein. Nicht vorhandene Materialien müssen entweder selbst hergestellt oder beschafft werden. Tertiärbedarf ist nicht in der Stückliste enthalten, da es sich um Hilfs- und Betriebsstoffe handelt. (z. B. Öle, Kühlschmiermittel für Maschinen, Fette, Putzlappen usw.) Der Tertiärbedarf wird in der Produktion benötigt. Die Disposition erfolgt verbrauchsgesteuert (stochastisch, vergangenheitsorientiert).

Produktionsprozessplanung

Diese umfasst die

  • Losgrößenplanung
  • Durchlauf- und Kapazitätsterminierung
  • Reihenfolgeplanung und Feinterminierung

Losgrößenplanung

Die Losgrößenplanung bestimmt wie viele Aufträge eines Produktes zu einem Los zusammengefasst werden können, so dass die Summe aus den entstehenden Produktions-, Lagerhaltungs-, Rüst- und Reinigungskosten minimiert wird. Die optimale Losgröße kann auf Grund von mangelnden Kapazitäten nicht immer realisiert werden und muss zu Lasten der Kosten gesplittet werden.

Termin- und Kapazitätsplanung

Sobald die zu produzierenden Mengen bekannt sind, wird mit der Terminplanung begonnen. Mittels der Durchlaufterminierung werden früheste und späteste Termine für die Durchführung einzelner Arbeitsschritte geplant.
Anschließend muss die Frage geklärt werden, ob die erforderlichen Kapazitäten für das Produktionsprogramm vorhanden sind. Dies wird in der Kapazitätsterminierung grob geplant. Bei Kapazitätsengpässen müssen einzelne Arbeitsschritte in andere Zeiträume verschoben werden.
Sobald dies geschehen ist, können grob terminierte Aufträge an die Produktionssteuerung weitergegeben werden.

Siehe auch: Normalkapazität

Reihenfolgeplanung und Feinterminierung

Bei der Feinplanung wird festgelegt, welche Maschinen bestimmten Aufträgen zugeordnet werden. Kurzfristige Aufgaben der Produktionssteuerung sind vor allem in Zusammenhang mit kurzfristigen Änderungen in der Auftrags- oder Kapazitätsrealität zu sehen:

  • ungeplanter Ausfall einer Maschine oder Anlage bzw. eines Mitarbeiters
  • unerwartete Kundenaufträge mit hoher Priorität.

Da die Zusammenhänge mehrdimensional sind, werden die Aufgaben der Produktionssteuerung vermehrt mit entsprechenden Softwaresystemen durchgeführt. Diese erlauben nicht nur, die genannten Aufgaben und Randbedingungen effizient und komfortabel auszuführen, sie ermöglichen zudem eine hohe Flexibilität des Planers und eine hohe Transparenz über den aktuellen Belegungs-und Terminzustand in der Produktion.

Während manche Systeme Methoden des Operations Research zur Optimierung der Ergebnisse verwenden, zeichnen sich praxisorientierte Systeme durch heuristische Arbeitsweisen unter Berücksichtigung arbeitsvorgangbezogener Prioritätsregeln aus, die dem Verständnis und der Anschauung des Produktionsplaners weitgehend entsprechen.

Das Ergebnis sind Maschinenbelegungspläne und Betriebsmittelzuordnungen von Vorrichtungen, Werkzeugen, NC-Programmen und Zuordnungen von Mitarbeitern.

Reihenfolgeplanung mehrstufiger verfahrenstechnischer Batchprozesse

Bei der Planung mehrstufiger Produktionsverfahren (Batchbetrieb) werden nicht nur die Aufträge für Endprodukte (Halbfertigware für das neutrale Lager bzw. Abfüllaufträge) seriell auf unterschiedliche Produktionslinien angeordnet. Vielmehr müssen auch „Unteraufträge“ für die einzelnen Teilfertigungsstufen und deren Abhängigkeiten voneinander berücksichtigt und geplant werden. Speziell beim Batchbetrieb bedarf es der genauen Kenntnis über die Fertigungsanlagen und deren verfahrenstechnischen Möglichkeiten (rühren, heizen, kühlen, destillieren, evakuieren, etc.). So müssen aber auch Minimal- und Maximalmengen pro Charge - Behälterabhängig - berücksichtigt werden. Auch produktspezifische Parameter wie Chargentrennung bei Zwischenlagerungen, Verarbeitbarkeitszeiträume von Zwischen- bzw. Teilprodukten oder Unterbrechungsmöglichkeiten während der Produktion spielen in der Verfahrenstechnik eine große Rolle und gehen in die Reihenfolgeplanung ein. Dabei ist die Betrachtung von materialfolgeabhängigen Reinigungs- und Rüstzeiten aller Anlagenteile selbstverständlich. Planungssysteme für komplexe Produktionsverfahren kombinieren aber auch Teil-Fertigungsstufen unterschiedlichen Typs. So liegt bei Produktionsstufen vom Typ „Batch-Charakter“ eine feste Belegungszeit vor wobei sich bei Typ „Konti-Charakter“ die Anlagenbelegungszeit aus einer Reaktions-, Durchlauf- bzw. Förderleistung [z.B.: kg/Std] errechnet. Eine übersichtliche Darstellung der geplanten und laufenden Fertigung erfolgt in der dynamisierten Plantafel. Hier werden die Sollvorgaben aus dem Fertigungsplan mit dem Status aus der Fertigung verglichen und als Gantt-Diagramm dargestellt. Das integrierte Monitoring meldet dabei eventuelle Verzögerungen und errechnet neue Restlaufzeiten.

Produktionssteuerung

Produktionssteuerung ist das Veranlassen, Überwachen und Sichern der Durchführung der freigegebenen Aufträge. Für den Bereich der Fertigung (und Montage) spricht man auch von Fertigungssteuerung. Nachdem durch Feinterminierung die Maschinenbelegung festgelegt wurde, werden die Aufträge durch das Bereitstellen von Arbeitsbelegen für den Betrieb veranlasst. Die Überwachung erfolgt durch geeignete zeitnahe Rückmeldesysteme. Das Sichern ist das korrigierende Eingreifen bei Abweichungen, wie Menge, Termine und Qualität.

Auftragsfreigabe

Die von der Produktionsplanung eingehenden grob terminierten Aufträge werden hier feinterminiert. Einige Konzepte zur Auftragsfreigabe sind Kanban oder die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe (BoA Prinzip).

Auftragsüberwachung

Voraussetzung einer Überwachung der Produktionsabläufe sind Rückmeldungen über den aktuellen Stand der Produktion, kurz eine Betriebsdatenerfassung. Die Rückmeldungen erfolgen entweder über direkte Eingaben an Bildschirmarbeitsplätzen oder über Betriebsdatenerfassungssysteme (BDE-Systeme). Diese Rückmeldedaten sind nicht nur für die Fertigungssteuerung von Bedeutung, sondern auch für die Bruttolohnabrechnung, die Materialbestandsfortschreibung, mitlaufende Kalkulation und Nachkalkulation, die Qualitätskontrolle und die Instandhaltung für die Wartungsplanung.

Konzeption von Produktionsplanungs- und –steuerungssystemen

Produktionsplanung und -steuerung nach dem Push-Prinzip (Schiebendes Prinzip)

Zur Bewältigung der umfangreichen Aufgaben der operativen Produktionsplanung und –steuerung werden in der betrieblichen Praxis seit langem computergestützte Produktionsplanungs- und steuerungssysteme (PPS-Systeme) eingesetzt, die nach dem Push-Prinzip arbeiten, da die Produktionsaufträge in den Produktionsprozess hineingedrückt werden. PPS-Systeme greifen regelmäßig auf eine Datenbank des Produktionsbereichs zurück, in der alle Daten über die Erzeugnisse, Produktionsprozesse und Ressourcen abgelegt sind.

Auf der Basis aller Real- oder Planaufträge mit den jeweiligen Fertigstellungsterminen wird eine so genannte Durchlaufterminierung des gesamten Produktionsablaufs durchgeführt. Dies geschieht mit Hilfe festgelegter bzw. ermittelter durchschnittlicher Zeiten für einzelne Bearbeitungsschritte. Alle Aufträge werden somit in ihre Arbeitsschritte unterteilt und für diese Anfangs- und Endzeiten festgelegt sowie die sich daraus ergebenden Anfangs- und Endzeiten für die Aufträge errechnet.

Im Anschluss an die Durchlaufterminierung wird für jede Ressource die resultierende Kapazitätsbelastung ermittelt und der Kapazitätsbedarf dem Kapazitätsangebot gegenübergestellt. Im Rahmen eines Kapazitätsbelastungsausgleichs wird versucht, Überbelastungen gegebenenfalls durch Terminverschiebungen nichtkritischer Aufträge sowie durch Einplanung von Überstunden zu beseitigen. Im Folgenden wird dann eine Auftragsreihenfolge mit genauem Start und Endtermin für jede Arbeitsgruppe oder Maschine festgelegt. Dieses Terminraster dient dann der Steuerung des Informations- und Materialflusses in der Produktion.

Produktionsplanung und -steuerung nach dem Pull-Prinzip (Ziehendes Prinzip)

Bei der Produktion auf Abruf (Pull-Prinzip) stellt die Produktionssteuerung nicht mehr – wie beim Push-System – für jede Produktionsstufe eine detaillierte Planvorgabe bereit, sondern es wird nur ein Produktionsplan für die letzte Produktionsstufe, d.h. die Endmontage aufgestellt. Das Pull-Prinzip wird durch eine entsprechende Reorganisation des gesamten Produktionsprozesses und spezielle technische Maßnahmen erreicht.

Es werden nacheinandergeschaltete selbststeuernde Regelkreise installiert, die eine Dezentralisierung der Bestandskontrolle und damit die Übertragung der kurzfristigen Produktionssteuerung an die ausführenden Mitarbeiter ermöglichen. Jeder Regelkreis besitzt eine Senke, in der Material vom nachgelagerten Regelkreis verbraucht wird und eine Quelle, die vom vorgelagerten Regelkreis befüllt wird.

Grundsätzliche Idee ist es, dass jede Stelle immer nur so viele Einheiten eines Erzeugnisses herstellt, wie tatsächlich von den nachfolgenden (verbrauchenden) Stellen benötigt werden (Produktion auf Abruf). Dieses Prinzip funktioniert am besten für Standardprodukte mit regelmäßigem Bedarfsverlauf, wenigen Varianten und einer materialflussorientierten Bedarfsmittelanordnung. Folgende Varianten können unterschieden werden:

  • Zweibehältersystem, Mehrbehältersystem
  • Kanban

Es muss jedoch beachtet werden, dass, je nach Informationsgeschwindigkeit, ein Peitscheneffekt (bullwhip effect) vorkommen kann, da auch hier auf Sicherheit vorbestellt wird um eine Fehlmenge zu vermeiden.

In dezentralen Organisationen der Großserienfertigung, zum Beispiel im Verkehr zwischen Automobilherstellern und -zulieferern werden Fortschrittszahlen als Verfahren der Produktionssteuerung nach dem Pull-Prinzip eingesetzt.

Literatur

  • Wolfgang Domschke, Armin Scholl, Stefan Voß: Produktionsplanung: ablauforganisatorische Aspekte. 2. Auflage. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-63560-2.
  • Horst Glaser, Werner Geiger, Volker Rohde: PPS – Produktionsplanung und -steuerung: Grundlagen – Konzepte – Anwendungen. Gabler, Wiesbaden 1992, ISBN 3-409-23906-5.
  • Hans-Otto Günther, Horst Tempelmeier: Produktion und Logistik. 7. Auflage. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-74152-7.
  • Karl Kurbel: Produktionsplanung und -steuerung im Enterprise Resource Planning und Supply Chain Management. 6. Auflage. Oldenbourg, München 2005, ISBN 3-486-57578-3.
  • Jodlbauer, Herbert: Produktionsoptimierung, Wertschaffende sowie kundenorientierte Planung und Steuerung. 2. Auflage. Springer, Wien New York 2008, ISBN 978-3-211-78140-1.
  • Pere Mir-Artigues, Josep González-Calvet: Funds, Flows and Time: An Alternative Approach to the Microeconomic Analysis of Productive Activities. 1. Auflage. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-71290-9.
  • Herfried M. Schneider, John A. Buzacott, Thomas Rücker: Operative Produktionsplanung und -steuerung: Konzepte und Modelle des Informations- und Materialflusses in komplexen Fertigungssystemen. Oldenbourg, München 2005, ISBN 3-486-57691-7.
  • Günther Schuh (Hrsg.): Produktionsplanung und -steuerung: Grundlagen, Gestaltung und Konzepte. 3. Auflage. Springer, Berlin 2006, ISBN 978-3-540-40306-7.
  • Hans-Peter Wiendahl: Betriebsorganisation für Ingenieure. 6. Auflage. Hanser, München 2008, ISBN 978-3-446-41279-8.
  • Günther Zäpfel: Produktionswirtschaft: operatives Produktions-Management. de Gruyter, Berlin 1982, ISBN 3-11-007450-8.

Siehe auch


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