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Düsseldorf, 27. Juli 2021

Mit vorausschauender Produktionsplanung die Rentabilität steigern

5 Schritte zur optimalen Nutzung von Advanced Analytics

Bei der modernen Produktionsplanung müssen alle Aspekte der Fertigungsausführung ganzheitlich berücksichtigt werden. Grundsätzlich wandelt eine Fertigungsanlage Rohmaterialien in Halbzeuge oder Fertigprodukte um, nutzt dabei Arbeitskraft und Ausrüstung und setzt interne und externe Logistikprozesse um. Verschiedene Produkttypen werden oft in Kampagnen produziert und die Rentabilität eines neuen Auftrags kann davon abhängen, wie gut die Produkte dieses Auftrags in das jeweilige Produktionsszenario passen. Da sich die Kampagnenplanung über Zeithorizonte in der Größenordnung von Wochen erstrecken kann, ist es nur wenig sinnvoll, für den Moment zu planen. Die zukünftige Nachfrage muss ebenfalls in Betracht gezogen werden. Die moderne, vernetzte Produktionsplanung berücksichtigt daher alle diese Aspekte und passt sich automatisch an den aktuellen Produktionszustand an.

Das Ziel der Fertigungsplanung ist es, die Rentabilität der Fertigung zu optimieren. Bei der Optimierung des Gesamtergebnisses ist der Zeithorizont der Optimierung von entscheidender Bedeutung. Auf kurzen Zeitskalen können die Vorteile auf Kosten einer Verschlechterung des Anlagenzustandes oder einer verringerten Rentabilität in späteren Phasen optimiert werden. Andererseits reduzieren zu lange Planungshorizonte die Zuverlässigkeit der Zeitpläne und können kurzfristig suboptimale Entscheidungen beinhalten, da zukünftige Aufträge nicht berücksichtigt werden. Dies liegt an der begrenzten Kenntnis von Marktentwicklungen und produktionsbedingten Zwischenfällen. Da potenzielle Vorteile auf längeren Zeitskalen aber nicht zwingend eintreten müssen, verschlechtert sich die Wirtschaftlichkeit dadurch insgesamt.

Der Produktionsstatus ist eine komplexe Beschreibung und umfasst:

  • Auftragsbestand und Prognose
  • Rohmaterialbestände und geplante Lieferung
  • Anlagenzustand und Prognose
  • Laufende Arbeiten
  • Verfügbare Arbeitskräfte für alle Aufgaben
  • Verfügbare Ersatzteile & Hilfs- und Betriebsstoffe
  • Zustände im Innenbereich
  • Externe Transportsituation
  • Kostenrechner und Schätzfunktionen (z.B. zukünftige Rohmaterialkosten)

Bei der Produktionsplanung sind zahlreiche Auswirkungen einzelner Entscheidungen und Maßnahmen zu berücksichtigen und genau zu bewerten, um die beste Vorgehensweise zu ermitteln. Zum Beispiel kann die durchschnittliche Produktqualität verbessert werden, indem mehr Aufwand in Wartung und Austausch von Teilen in kürzeren Zeitabständen investiert wird. Andererseits verursacht eine größere Menge von Ersatzteilen offensichtlich mehr Kosten und häufigere Wartungsstillstände verringern die Anlagenverfügbarkeit. Dieses Beispiel zeigt, dass die Optimierung einzelner Ziele wie Produktqualität oder Wartungskosten allein nicht zwangsläufig zu einer verbesserten Gesamtrentabilität führt. Ein ausgefeiltes Produktionsplanungssystem berücksichtigt alle diese Auswirkungen für die Erzielung einer optimalen Leistung.

1. Aufstellung der Rohmaterialversorgung

Abhängig vom Auftragsbestand und der Prognose für potenzielle zukünftige Aufträge wird ein erster Entwurf des langfristigen Produktionsauftrags erstellt. Auf der Grundlage dieses Auftrags wird geprüft, ob ausreichend Rohmaterial zur Verfügung steht, sobald es für die geplante Produktion benötigt wird, einschließlich bereits eingeplanter Lieferungen. Ist dies nicht der Fall, wird eine Prüfung durchgeführt, um festzustellen, ob andere benötigte Materialien rechtzeitig beschafft und geliefert werden können. Ist dies der Fall, können Bestellungen automatisch generiert werden. Die Frage, ob sie automatisch oder manuell platziert werden, ist lediglich ein technisches Detail, jedoch von großer praktischer Bedeutung. Zur Automatisierung dieses Prozesses ist eine standardisierte Spezifikation für die Eigenschaften des Rohmaterials und die Einkaufsbedingungen erforderlich. Dieser Standard wird von einer Einkaufsplattform geregelt. Können die benötigten Rohmaterialien nicht rechtzeitig geliefert werden, muss der Produktionsplan entsprechend angepasst werden. Ein gültiger Produktionsplan und ein entsprechender Rohmateriallieferplan werden mit iterativen Mitteln erstellt.

2. Festlegung der Personalplanung

Sobald ein Produktionsplan definiert ist, kann die erforderliche Personalstärke bestimmt werden. Dazu gehören das Bedienungspersonal, Wartungspersonal und ggf. externe Auftragnehmer, falls Arbeiten ausgelagert werden. Bei unterschiedlichen Arten von Wartungsaufgaben können für einen bestimmten Zeitraum verschiedene Fachleute auch bezüglich Mechanik, Hydraulik, Elektrik usw., erforderlich sein. Daraus kann ein geeigneter Personaleinsatzplan abgeleitet werden.

3. Planung des Anlagenzustands

Ein Teil des Produktionsplanungsprozesses beinhaltet die Betrachtung des Anlagenzustandes, der sich in Laufe der Zeit verändert. Jede produzierte Position reduziert die verbleibende Lebensdauer oder die geschätzte Zeit vor einem Ausfall für jede Art von Anlagenteilen. Allerdings kann ein Teileverschleiß nicht nur Störungen verursachen, sondern auch die Produktqualität verschlechtern. Beispiele hierfür können Arbeitswalzenverschleiß während des Walzens sein, der zu schlechter Planheit, Profil- oder Oberflächenqualität führen kann. Daher muss die erreichbare Qualität auch für jeden zukünftigen Zustand innerhalb des Produktionsplans berücksichtigt werden. Wenn ein Produktionsplan eine höher erzielbare Qualität voraussetzt, muss die entsprechende Wartung gemäß der Anlagenzustandsprognose durchgeführt werden. In solchen Fällen wird die Verfügbarkeit des erforderlichen Fachpersonals geprüft und eine geeignete Wartungsaufgabe entsprechend geplant. Gleichzeitig werden ggf. benötigte Ersatzteile auf Verfügbarkeit geprüft und, falls nicht vorhanden, ähnlich wie die Rohmaterialien bestellt. Dadurch wird gewährleistet, dass der Produktionsplan - zumindest nach dem aktuellen Stand der Informationen - in der Lage ist, Produkte mit der erforderlichen Qualität zu ihrer geplanten Produktionszeit im Prozess zu produzieren.

4. Intelligente Sequenzierung definieren

Die Produktionsplanung selbst muss mehrere Aufgaben erfüllen. Zunächst müssen die Kundenauftragsanforderungen in technischer Produktionsaufträge umgewandelt werden. Die Anzahl der Produktpositionen, die Prozessroute und die wichtigsten technologischen Prozesseigenschaften müssen definiert werden. Danach muss das Planungssystem den technischen Auftragsbestand in Untergruppen aufteilen, die in einer Kampagne oder Sequenz produziert werden sollen, da dies in vielen Prozessschritten wie Stranggießen oder Glühen erforderlich ist. Es können jedoch nicht alle Produkte nacheinander ohne Verluste produziert werden. Beim Gießen können chemische Konzentrationen nur von Schmelze zu Schmelze verändert werden, und es dürfen typischerweise nur kleine Veränderungen sein. Beim Glühen sind ähnliche Temperaturen und Geometrie gängige Anforderungen, um Übergangsverluste gering zu halten. Ein Hauptziel des Sequenzgenerators ist es daher, den Bestand so zu gruppieren, dass die Übergangskosten innerhalb jeder Sequenz niedrig gehalten werden. Es ist klar, dass neben den technischen Einschränkungen auch logistische und vertragliche Informationen zu berücksichtigen sind. In diesem Sinne müssen die vertraglichen Fälligkeitstermine eingehalten und die verfügbare Lagerfläche zwischen den Prozessschritten beachtet werden. Auch hier spielt der Zeithorizont für die Optimierung eine entscheidende Rolle. Es kann einfach sein, eine einzelne optimale Sequenz zu definieren, wenn man dafür problematischere Produkte zurückstellt oder einen recht fragmentierten Auftragsbestand akzeptiert, der später vielleicht schwierig zu produzieren ist. Andererseits ist es möglicherweise nicht sinnvoll, den gesamten Auftragsbestand durchzuplanen, da bereits zusätzliche Aufträge vorliegen können, während die letzten Produkte des Produktionsplans hergestellt werden, sodass andere Möglichkeiten für eine verbesserte Sequenzbildung zur Verfügung stehen könnten. Die Rentabilität wäre dann beeinträchtigt, wenn in den Sequenzen, die früh im Plan vorgesehen sind, Produkte enthalten sind, die zu einem späteren Zeitpunkt erheblich günstiger eingeplant werden könnten, wenn weitere Aufträge vorliegen. Hier ist eine Prognose möglicher zukünftiger Aufträge von großer Bedeutung.

Die App "Demand Planner" zeigt die Slots des gesamten Produktsegments und die offenen Gewichte, die als Richtlinie für den Vertrieb verwendet werden können.

Wenn die Zusammensetzung einer Sequenz festgelegt wurde, kann als weiteres Ziel die Reihenfolge der einzelnen Produkte innerhalb der Kampagne ermittelt werden. Die Art des Prozesses und die Eigenschaften der Produktionslinie bestimmen dabei maßgeblich die Übergangskosten von einem Produktstück zum nächsten. In einfachen Fällen kann die Reihenfolge manuell festgelegt werden. In komplexeren Szenarien müssen stattdessen Optimierungs­algorithmen verwendet werden, da es für den Menschen nahezu unmöglich ist, einen optimalen Plan zu erstellen.

5. Ganzheitliche Verknüpfung von Fertigung und Vertrieb

Eine gründliche und systembasierte Analyse des aktuellen Auftragsbestands ermöglicht außerdem eine stärkere Verknüpfung von Fertigung und Vertrieb. Bevor ein Angebot an einen potenziellen Kunden gesendet wird, prüft das System, wie gut das angeforderte Produkt in den aktuellen Auftragsbestand passt. Gibt es derzeit keine anderen, zum angefragten Produkt kompatiblen Aufträge, sollte das Angebot die Kosten für zusätzliche Stillstandszeiten und Materialverluste aufgrund der dann notwendigen Übergangsverluste oder Rüstzeiten berücksichtigen. Das System arbeitet allerdings nicht nur reaktiv. Es unterbreitet dem Vertriebsteam auch proaktiv Vorschläge in Bezug auf die zu verkaufende Materialart und Anzahl, die in besonderer Form gut zum aktuellen Auftragsbestand passen. Dies wird erreicht durch eine ganzheitliche Analyse der Wertschöpfung auf der Basis von Einzelstücken unter Berücksichtigung von Ausbringungsverlusten und verringerter Verfügbarkeit durch die Produktwechsel. Die Anlage selbst optimiert so aktiv ihre Rentabilität, indem sie den Vertriebsprozess unterstützt.

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