Kapazitätsorientierte Produktionssteuerung

Der industrielle Fertigungsprozeß ist seit den 80er Jahren starken Veränderungen unterworfen. Dies liegt zum einen an den geänderten Anforderungen der Marktseite an die Produktionsunternehmen, die zu neuen Fertigungsstrukturen zwingen. Zum anderen entstehen neue Anforderungen durch den immer weiter voranschreitenden Einsatz von Computern in der Fertigung und durch die steigende Leistungsfähigkeit der dazu verwendeten Mikroprozessoren; beides ermöglicht eine bessere Anpassung der Fertigung an den Absatzmarkt.

Die Produktionsplanung und -Steuerung hat die Aufgabe, unter Berücksichtigung der Produktionskapazitäten den Materialfluß so festzulegen, daß die Aufträge mit minimalen Kosten und unter Einhaltung der vorgegebenen Fertigstellungstermine gefertigt werden können. Da die Ermittlung der relevanten Kostengrößen in der Praxis häufig sehr problematisch ist, wird der Produktionsablauf meist unter Verwendung von Ersatzzielen optimiert. Als Ersatzziele gelten die Minimierung von Beständen, Durchlaufzeiten und Lieferterminabweichungen sowie die Maximierung der Kapazitätsauslastung.¹

In den letzten Jahren sind zahlreiche neue Verfahren zur Verbesserung traditioneller PPS-Systeme entwickelt worden. Im folgenden wird sich auf die Darstellung der auf eine Werkstattfertigung mit Einzel- oder Kleinserienfertigung anwendbaren Ansätze beschränkt. Auf die Erläuterung anderer, erfolgreich eingesetzter neuer Verfahren für die Großserienoder Massenfertigung, wie etwa das Fortschrittszahlenkonzept¹, wird daher verzichtet. Eine Ausnahme bildet das Kanban-Verfahren, das ebenfalls einer dem Fließprinzip nahestehenden Fertigungsform bedarf, aber aus Gründen der Bestandsregelung von Interesse ist. Auf Optimierungsmodelle, soweit sie nicht ebenfalls auf eine Bestandsregelung abzielen, wird ebenfalls nicht näher eingegangen, da sie ohnehin meist aufgrund des enormen Rechenaufwandes nicht für den praktischen Einsatz zur Ermittlung einer optimalen Lösung geeignet sind.^2,3

Ausgehend von den zuvor dargestellten Kritikpunkten an den neueren Verfahren zur Produktionssteuerung wird in diesem Kapitel das Verfahren der kapazitätsorientierten Produktionssteuerung entwickelt sowie deren Anwendung bei einer Werkstattfertigung¹ dargestellt. Dieses heuristische Verfahren eignet sich vor allem für Produktionsabläufe der bearbeitenden Industrie mit einer auftragsbezogenen Einzel- und Kleinserienfertigung.

Die bisher untersuchte Organisationsform der Werkstattfertigung ist durch eine fixe Anordnung der Betriebsmittel gekennzeichnet. Aufgrund der einleitend beschriebenen veränderten Marktgegebenheiten¹ und der dadurch geforderten schnellen Reaktionsfähigkeit der Unternehmen, respektive der damit verbundenen einfachen und möglichst verzögerungsfreien Umrüstbarkeit des Produktionsapparates, haben sich diese starren Fertigungsstrukturen im Rahmen der Serienfertigung als zu schwerfällig erwiesen. Der Trend geht daher eindeutig in Richtung einer Flexibilisierung der Fertigung und führt zu Betriebsmitteln, die innerhalb kürzester Zeit auf eine möglichst breite Produktpalette anpaßbar sind. Ein solchermaßen anpaßbarer Produktion s apparat ist vorwiegend durch den Einsatz flexibler Fertigungssysteme (FFS) gekennzeichnet. Solche Systeme ermöglichen die wirtschaftliche Fertigung von kleinen Losgrößen trotz komplexer Bearbeitungsaufgaben. Gegenüber einer Werkstattfertigung kann durch den Einsatz flexibler Fertigungssysteme eine erhebliche Senkung der Rüst- und Durchlaufzeiten erzielt werden.²

Anhand der Erweiterung der in dieser Arbeit entwickelten kapazitätsorientierten Produktionssteuerung auf den Einsatz integrierter flexibler Fertigungssysteme kann die notwendige Ausrichtung der Produktionssteuerung auf die geänderten Anforderungen gezeigt werden.¹ Grundlage der in diesem Kapitel dargestellten Untersuchung sind integrierte flexible Fertigungssysteme, das sind kleinere flexible Fertigungssysteme, die zumeist keine Komplettbearbeitung der Werkstücke gewährleisten und daher in der Regel eine enge Anbindung an die übrigen Werkstätten aufweisen. Die Aufträge müssen dann meistens neben ihrer Bearbeitung im flexiblen Fertigungssystem zusätzlich noch verschiedene Werkstätten durchlaufen. Ein so ausgestaltetes flexibles Fertigungssystem stellt folglich nur, wie jede andere Werkstatt auch, eine Stufe des mehrstufigen Produktionsprozesses dar. Sofern die Bearbeitung der Werkstücke im flexiblen Fertigungssystem mehrere Spannungen erfordert, entsteht innerhalb des Systems ein Produktionsprozeß, der ebenfalls mehrstufig und damit ungleich schwieriger zu steuern ist als der sonst einstufige Prozeß jeder Werkstatt.

Der Strukturwandel vom Verkäufermarkt zum Käufermarkt und die damit verbundene stärkere Konkurrenz auf den Märkten führt zu einer Reihe von neuen Anforderungen an Industrieunternehmen. Um konkurrenzfähig zu bleiben, wird von diesen eine moderne Fertigung verlangt, die eine schnelle Lieferfähigkeit und eine hohe Flexibilität garantiert. Da beide Forderungen nicht durch eine Massenproduktion verwirklicht werden können, ist diese durch neuere, wirksamere Fertigungsformen zu ersetzen. Es bedarf daher zum einen eines hoch flexiblen Produktionsapparates, wie er beispielsweise in einer Werkstattfertigung mit integrierten flexiblen Fertigungssystemen (FFS) gegeben ist. Zum anderen ist eine flexible Produktionsplanung und -Steuerung erforderlich, die auf Variationen im Produktionsprozeß ebenso problemlos reagieren kann wie auf Auftrags- oder Terminänderungen. Das bedingt vor allem eine eindeutige Präferenz zugunsten kurzer Durchlaufzeiten und guter Termineinhaltung. Es bedeutet aber auch die Abkehr von inflexiblen, zentral lenkenden PPS-Systemen und dem von ihnen verfolgten Fertigungsziel der Auslastungsmaximierung.