Advanced Planning and Scheduling – Für jeden Prozess das richtige System!?

Ingo Laqua, Geschäftsführer CIM GmbH Aachen

In diesem Beitrag lesen Sie:

  • Wie mehrdimensionale Optimierungsprobleme mit Hilfe eines APS-Systems bewältigt werden können.
  • Wie dadurch die Effizienz in der Fertigung gesteigert werden kann.
  • Warum die Auwahl des richtigen APS-Systems von entscheidender Bedeutung ist.

Komplexität vermeiden statt beherrschen, weniger Probleme statt mehr PPS, sollte die grundlegende Devise in der Produktion sein. Doch was tun bei mehrdimensionalen Optimierungsproblemen? Wenn man schnell eine Antwort finden muss, ob ein großvolumiges Projektgeschäft kapazitiv noch abgewickelt werden kann? APS-Systeme bieten die Möglichkeit, solche spezifischen Anforderungen einer Produktion abzubilden und für eine hohe Effizienz der Fertigung zu sorgen.

Es ist eine bekannte Tatsache, dass die Ziele, die mit Einführung eines neuen PPS-Systems verfolgt werden, nicht alleine durch ein Stück Software erreicht werden. In der Regel sind es die organisatorischen Vorarbeiten, die den Erfolg einer PPS-Implementierung ausmachen. Und wenn man dann auch noch das vermeintlich richtige PPS-System ausgewählt hat, stellt sich die Frage: Warum jetzt noch APS?

Was bringt APS?
APS heißt in erster Linie, dass die Feinplanung in der Fertigung besser an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden kann. Hierzu gehört bspw. das Planen gegen endliche Kapazität, wodurch die Durchlaufterminierung an der tatsächlichen Kapazitätssituation gespiegelt und somit präzisiert wird. Ein weiterer Aspekt, der das „advanced“ gegenüber klassischen PPS-Systemen ausmacht, ist die Tatsache, dass alternative Routings in der Fertigung durch das APS-System, bspw. auf Basis von Herstellkosten, ausgewählt werden. Hierdurch wird die jeweils kostenoptimale Art der Fertigung in Abhängigkeit der Losgröße festgelegt. Voraussetzung dafür ist allerdings eine hohe Datenqualität bzgl. der hinterlegten Maschinenstundensätze.
Nicht zuletzt entscheiden sich viele Unternehmen für ein APS-System wegen der Möglichkeit, den Zustand der Fertigung transparent darzustellen. Diese, von den klassischen Leitständen her bekannte Fähigkeit, den Auftragsbestand in der Fertigung übersichtlich zu visualisieren, ist für viele Fertigungsleiter immer noch Hauptmotiv einer APS-Einführung. Wird dies auch noch mit der Fähigkeit gekoppelt, Auftragsnetze mit Kundenbezug terminlich auf der visualisierten Oberfläche zu verschieben, scheinen dem User-Komfort keine Grenzen mehr gesetzt.

Dennoch sind die Anforderungen an APS-Systeme je nach Unternehmen sehr unterschiedlich. Ein über Stücklisten gesteuerter Fertigungs- und Montageprozess (viele Materialien werden zu einem Endprodukt zusammengeführt) stellt bspw. ganz andere Anforderungen als ein verfahrenstechnischer Prozess. Ein weiterer Aspekt ist, dass bei einer kapitalintensiven Fertigung (bspw. teure Produktionsanlagen in der Glas- und Stahlindustrie) der Fokus auf eine hohe Auslastung der Maschinen gerichtet wird, während in der Stückfertigung häufig geringere Losgrößen mit höherem Rüstaufwand zur Erhöhung der Flexibilität im Vordergrund stehen.

Hieraus wird deutlich, dass je nach Branche völlig unterschiedliche Planungsphilosophien zum Tragen kommen. Zum anderen leiten sich hieraus aber auch sehr unterschiedliche Anforderungen an die Funktionalität eines APS-Systems ab. Während in dem einen Fall bekannte Anbieter wie ADICOM, Wassermann, INFORM, Dr. Sander u.a. zum Tragen kommen, ist die Zahl der Systeme, die mehrdimensionale Optimierungsalgorithmen anbieten, deutlich begrenzt. Ein Überblick über den APS-Markt hilft, folgenschwere Fehler zu vermeiden. An zwei Beispielen wird gezeigt, wie sich diese Anforderungen auf die Auswahl des APS-Systems auswirken.

Beispiel Kabelproduktion
Das Geschäft eines Herstellers von Kabeln für die Mess-/Steuer-/Regelungstechnik wird geprägt durch eine sehr große Variantenvielfalt, starke Schwankungen der benötigten Produktionskapazitäten und sehr kurze Lieferzeiten. Darüber hinaus wird den Kunden angeboten, die verlangten Verlegelängen passgenau auf der Baustelle anzuliefern, so dass eine Vorfertigung von Baugruppen zu einem hohen Verschnittanteil führen würde. Aus den genannten Gründen ist in diesem Bereich vielfach eine reine Auftragsfertigung ab dem ersten Arbeitsgang einschließlich einer auftragsspezifischen Bestellung der benötigten Rohstoffe erforderlich.
Die Herausforderung an die Produktionsplanung besteht darin, Kundenbedarfe, Materiallieferungen, Personalressourcen und Maschinenkapazitäten zu synchronisieren, wobei die Realisierung des vom Kunden geforderten Liefertermins die höchste Priorität besitzt.

Zur Beherrschung der Komplexität dieser Planungsaufgabe wurde bereits Mitte der 90er Jahre ein Fertigungsleitstand eingeführt. Die Entscheidung fiel damals auf das System „Felis“ von der INFORM GmbH, u.a. da das System die Planung gegen begrenzte Kapazitäten und damit eine realistische Planung der Liefertermine unterstützte. Um kurzfristig entscheiden zu können, welche Auswirkungen die Einlastung von Projekten mit z.T. sehr kurzen Lieferterminen und stark differierenden Bestellvolumina auf die Fertigung hat, bestand die Notwendigkeit, bei Bedarf neue Planungsläufe zu starten und so zeitnah die Auswirkungen auf die Maschinenausla-stung und die Liefertermine anderer Aufträge zu erkennen und frühzeitig entsprechende Maßnahmen (z.B. Kapazitätsanpassungen) einleiten zu können.

Derzeit erfolgt die Umstellung auf das Felis-Nachfolgeprodukt „FELIOS“. Neben der Anforderung, ein modernes APS-System mit zusätzlichen Funktionalitäten einzuführen, werden damit konkret drei Ziele verfolgt. Zum einen soll mit dem neuen Tool eine Rüstoptimierung bereits im Rahmen der Grobplanung erfolgen, da der Reduzierung des Rüstaufwandes in dem durch hohe Variantenvielfalt bei z.T. geringen Losgrößen gekennzeichneten Produktionsbereich eine Schlüsselrolle zur Steigerung der Anlagennutzung zukommt.

Zum zweiten sind in der Kabelproduktion unterschiedliche Routings (Einsatz alternativer Maschinen für den jeweiligen Arbeitsgang) möglich. Neben den technologischen und terminlichen Kriterien spielt die Minimierung der Fertigungskosten die wesentliche Rolle bei der Auswahl der einzusetzenden Maschinen. Durch eine Grenzkostenbetrachtung im Rahmen des Optimierungsverfahrens wird erreicht, dass die jeweils kostenoptimale Maschine herangezogen wird, solange dies mit den Terminwünschen des Kunden vereinbar ist. Drittens soll der Feinplanungsaufwand durch den Einsatz des Systems reduziert werden, indem automatisch der freigegebene Arbeitsvorrat je Maschine innerhalb der eingefrorenen Zone dem Fertigungsbereich in Dateiform zur Verfügung gestellt wird.

Beispiel Gießerei
Die Abläufe der Produktionsplanung und -steuerung bei einer Gießerei sind im Wesentlichen durch zwei Aspekte geprägt. Zum einen muss während der Verarbeitung des gegossenen Stahls sichergestellt werden, dass bestimmte Verarbeitungsvorgänge (bspw. Auflegieren) in bestimmten Zeitfenstern nach dem Abguss vorgenommen werden. Hierfür gibt es je nach Stahlsorte hinterlegte Abkühlkurven, die besagen, wann welche Verarbeitungsschritte vorgenommen werden müssen, um eine möglichst hohe Qualität zu erzielen. Um dies zu gewährleisten, musste wiederum sichergestellt werden, dass sowohl die jeweiligen Bearbeitungsstationen als auch die benötigten Transportmittel zur Verfügung stehen. Des Weiteren kommen logistische und technologische Restriktionen hinzu, so dass bspw. bestimmte Transporteinheiten nur in Abhängigkeit der Belegung anderer Einheiten genutzt werden können oder bestimmte Fertigungsanlagen nur betrieben werden können, wenn andere stehen. Hieraus resultiert ein mehrdimensionales Planungsproblem, das mit einer neuen Software für die Feinplanung gelöst werden soll.

Ziel einer Software zur Produktionsplanung und -steuerung war es, die Wirtschaftlichkeit der Gießerei durch eine Steigerung der Ausbringung je Zeiteinheit, durch eine Verkürzung der Durchlaufzeiten des Materials sowie durch eine Verbesserung der Temperaturführung zu steigern. Um dieses Ziel zu erreichen, sollte das Software-System die Planung der Auftragsreihenfolgen unterstützen, die Belegungen der Aggregate und Transporte optimieren sowie mögliche Pufferzeiten nutzen, um das Prinzip des Gießens in Sequenzen zu verbessern.

Die direkten Zielsetzungen lauteten daher:

  • Steigerung der Ausbringung durch eine zeitlich optimale Anlieferung
  • Optimierung der Auslastung des Engpassprozesses durch Reduzierung der Stillstandszeit (Warten auf Transportmittel) sowie
  • Reduzierung der Kosten durch den Betriebsmittelverschleiß der Transportbehälter durch eine Reduzierung der Durchlaufzeit (Stahl in Pfanne).

Erreicht werden sollten diese Ziele zum einen durch eine Optimierung der Planung durch verbesserten Kapazitätsabgleich, zum anderen durch exakte Zeitvorgaben für die einzelnen Aggregate (Feinstplanung). Unter Feinstplanung wird dabei die automatisierte Planung und Steuerung der einzelnen Arbeits- und Transportschritte im zeitlichen Nahbereich (24-36 Stunden) und die dazu notwendigen Vorgaben für den operativen Ressourceneinsatz verstanden.

In diesem Fall wurde als APS-System Quintiq Application Suite ausgewählt. Dieses System erlaubt das Abbilden von regelbasierten Planungsalgorithmen im Planungs- und Steuerungsprozess. Technologische und logistische Restriktionen können so in verschachtelten Planungsprozessen abgebildet werden. Das Ergebnis ist eine nachhaltige Ausbeutesteigerung in der Produktion und ein erheblich reduzierter administrativer Aufwand für die Planung und Steuerung.

Fazit
Neben den organisatorischen Vorarbeiten hängt der Erfolg einer APS-Implementierung eben doch in erster Linie von der Auswahl des richtigen Systems ab. Wer hier auf das falsche Pferd setzt, wird schnell merken, dass die gewünschten Effekte nicht eintreten. Die konkrete Formulierung der jeweiligen Zielsetzung sowie ein neutraler Marktüberblick sind da-bei die wesentlichen Erfolgspara-meter für die erfolgreiche Einfüh-rung eines APS-Systems.

Schlüsselwörter:
APS-Systeme, mehrdimensionale Optimierungsprobleme, alternative Routings, Feinplanung, Leitstand, APS-Markt, kostenoptimierte Maschinenauswahl

Advanced Planning and Scheduling – The right system for each process!
To avoid complexity should be the main focus of every production system. But what to do about multi-dimensional optimization problems? When the sales department needs a quick answer whether the company has enough capacities to produce high-volume projects. APS-systems offer the opportunity to image such requirements and to increase production efficiency.

Key words:
APS-systems, multi-dimensional optimiziation problems, alternative routings, scheduling, shop floor control system, APS-market, cost-optimized selection of production ressources

erschienen in PPS Management 10/2005