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26.05.1989 - 

Komplexe Fertigung schränkt optimalen Produktionsablauf ein:

Abstriche bei der Just-in-Time-Produktion

Exakt ineinandergreifende Verarbeitungsprozesse steigern die Wirtschaftlichkeit der Warenproduktion. Optimal ist eine Just-in-Time-Produktion. Voraussetzung: Die notwendigen Materialien sind in dem benötigten Zustand, in der richtigen Zahl und zur richtigen Zeit am vorgesehenen Ort. Eine Utopie, denn die komplexe Produktionswelt läßt sich nicht bis ins letzte planen. Trotzdem sollte auf eine Annäherung nicht verzichtet werden.

Vordergründig betrachtet, beinhaltet der Just-in-Time-Gedanke (JIT) die Planungsphilosophie der taktgenauen Anlieferung:

Zeit Menge

x

Ort Zustand

In einer JIT-Fertigung ist jedes Teil zum genauen Zeitpunkt des Bedarfs in genau der benötigten Menge in genau dem geforderten Zustand an die jeweilige Materialverbrauchsstelle angeliefert.

Vom Prinzip her nicht realisierbares Unterfangen

Die Vorteile liegen auf der Hand: Senkung der Bestände, da ja nur die benötigte Menge vorhanden ist und Senkung der Durchlaufzeiten, da ja immer alles Benötigte rechtzeitig vorhanden ist.

Diese beiden Effekte bedingen unmittelbar die Erfüllung der sehnlichsten Wünsche eines jeden hart am Wind kreuzenden Unternehmers:

- höhere Flexibilität,

- höhere Termintreue,

- niedrigere Herstellkosten,

- mögliche Losgröße 1.

Das gewöhnliche PPS-System verlangt die filigrane und vollständige Modellierung der Miniwelt Fertigung.

- Artikelstamm für alle Kaufteile, Baugruppen und Zwischenprodukte mit mittlerer Ausbringung, mittleren Verbräuchen und so weiter.

- Produktstruktur in Form von Stücklisten mit allen Baugruppen, Kaufteilen und Zwischenprodukten mit exakten Mengen, mittlerem Montageausschuß und so weiter.

- Arbeitspläne mit Arbeitsgängen, Werkzeugen, Vorgabezeiten, Maschinenbelegungen und so weiter.

- Maschinenstämme mit Kapazitätsangaben, Taktzeiten, mittleren Stillstandszeiten und so weiter.

Diese Daten werden für die möglichst realitätsadäquate Abbildung des Fertigungsgeschehens minutiös eruiert. Der dafür getriebene Aufwand ist enorm.

Für 30 000 Artikel Ó 15 Min. 4500 h

5 000 Arbeitspläne Ó 30 Min. 2500 h

1 000 Stücklisten Ó 60 Min. 1000 h

8000 h

=1000 Tage

=5 Mann/Jahre

Was liegt angesichts des Aufwands, der Güte und Feinheit der vorliegenden Daten näher, als die oben beschriebenen Forderungen des Just-in-Time, nämliche (Menge x Zeit x Ort x Zustand) vom System genau planen zu lassen?

Unter Rückgriff auf die hinterlegten Daten kann das System von einem Soll-Endtermin ausgehend, alle Zeiten und Mengen der anhängigen Strukturen errechnen und dementsprechende Arbeitspapiere, Entnahmescheine und Transportaufträge ausgeben.

Es kann ein vollständiger und den Grunddaten entsprechend filigraner Produktionsplan für alle Arbeitsgänge und Materialien erstellt werden, der nur noch abgearbeitet werden muß. Die Grundforderungen des Just-in-Time-Gedanken sind scheinbar erfüllt, da nun die Eckwerte bekannt sind.

Ein kleiner Ausflug in die Kombinatorik zeigt die prinzipielle Unmöglichkeit des Unterfangens. Denn, der Informationsgehalt einer Aussage ist um so geringere, je mehr verknüpfte Einzelergebnisse sie umfaßt.

Die Verknüpfung von zehn Ereignissen, die mit einer Wahrscheinlichkeit von 90 Prozent auftreten, führt zu einem Gesamtereignis, das mit einer Wahrscheinlichkeit von 0.90**10=0.348= 38 Prozent auftritt.

Oder: Zur Herstellung einer Baugruppe sind zehn Arbeitsgänge nötig, die im Durchschnitt sechs Minuten bei einer mittleren Abweichung von zwei Minuten dauern.

Wie ist die mittlere Wiederbeschaffungszeit der Baugruppe?

10 * 6 -/+ 2 = -/+ 20

Die Verteilung einer Variablen, die die Summe mehrerer ist, ist breiter gestreut als die Verteilungen der Einzelvariablen. Was wird der feinen Planung passieren?

- Der Rechner ermittelt falsche Zeitpunkte. Wiederbeschaffungszeiten sind über die Zeit gemittelte Werte, deren tatsächliche Ausprägung vom Mittelwert abweicht. Zwischenprodukte können zufällig zum errechneten Zeitpunkt doch nicht fertig sein, oder zufällig zu früh fertig sein.

- Der Rechner ermittelt falsche Mengen. Ausschußquoten sind über die Zeit gemittelte Werte, deren tatsächliche Ausprägung vom Mittelwert abweicht. Der Ausschuß kann zufällig vom Errechneten abweichen, so daß mehr produziert als bestellt wurde.

- Der Rechner gibt falsche Orte an. Maschinen können unvorhergesehen ausfallen, so daß der Durchlaufplan und der Maschinenbelegungsplan falsch sind, da Ausweichfertigung notwendig ist.

Die Zukunft ist nicht exakt planbar, da die Ereignisse stochastisch auftreten: Je mehr Ereignisse zu einer Vorhersage verknüpft werden, desto unzuverlässiger ist die Vorhersage. Leider halten PPS-Pakete viele komplexe Informationen, die zur Planung herangezogen werden. Und: Je weiter das zu planende Ereignis in der Zukunft liegt, desto schlechter ist die Planung.

Die exakte Planung von (Menge x Zeit x Ort x Zustand) mutet an, wie die Vorhersage des Nachhausewegs des Betrunkenen, der mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,5 nach links oder rechts fallen kann:

Beim zweiten Schritt gibt es zwei mögliche Orte, wo er trunkenerweise sein kann. Jeder dieser beiden Orte hat die gleiche Chance, erreicht zu werden. Der zweite Schritt erschließt drei mögliche Orte, von denen der mittlere der wahrscheinlichere ist. Je mehr Schritte er tut, desto größer ist die Verteilung der möglichen Orte - die Orte in der Mitte sind wahrscheinlicher, die an den Rändern weniger wahrscheinlich, aber dennoch möglich.

Der beste Weg, die Produktivität zu halbieren

Die Notwendigkeit der Planung weit in die Zukunft kann über die Information des Rechners über das tatsächliche Geschehen umgangen werden. Der Rechner erstellt eine Planung, nach Abarbeitung des ersten Schritts werden Zeiten und Mengen rückgemeldet und die Planung auf der Basis der Rückmeldung neu aufgesetzt.

Es muß nun jedoch ebenso fein rückgemeldet werden wie geplant wurde - jeder Arbeitsgang, jedes Material, der Ausschuß jedes Fertigungs- oder Montageprozesses und so weiter. Im Extremfall wird ein 30 Sekunden dauernder Arbeitsgang 20 Sekunden lang zurückgemeldet: der beste Weg, die Produktivität zu halbieren.

Der scheinbare Königsweg der Betriebsdatenerfassung zur ständigen Aktualisierung scheitert an der Feinheit der geforderten Daten. Darüber hinaus macht es wenig Sinn, auf viel Papier eine Planung und entsprechende Fertigungsaufträge auszugeben, die nach der ersten Rückmeldung Makulatur sind, und gemäß neuaufgeworfener Planung wieder und wieder gedruckt und in die Fertigung gebracht werden.

Das erkenntnisleitende Interesse des Just-in-Time-Gedankens ist neben der Abwälzung der Vorhalteproblematik auf dritte die Senkung der Bestände durch bedarfsorientierte Fertigung in kleinen Losen, um die schnelle Reaktion der Fertigung auf kurzfristige Änderungen zu gewährleisten. Die vermeintlich zwingende Folgerung der hochfiligranen Planung der Fertigung scheitert an der Stochastik der zu planenden Strukturen. Der Plan ist der Versuch, Aktionen für zukünftige Ereignisse vorherzusehen und zu berücksichtigen. Der Reagierende ist, ausgestattet mit einschlägigem Handlungsrepertoire und definierten Zielen als aktuellem Bewertungsmaßstab, dem Planenden voraus, da er in der Konfrontation mit geänderten aktuellen Gegebenheiten der schnellere und flexiblere ist.

In einer hyperturbulenten Umwelt der kurzen Lieferzeiten, der kleinen

Lose, der schnellen Produktentwicklung und der hohen Arbeitsteiligkeit

ist situationsadäquates Handeln nicht planbar, da nicht vorhersehbar. Die Fähigkeit zu reagieren verlangt jedoch die Verlagerung der Verantwortung und der Entscheidungskompetenz vom zentralen Planer auf den dezentral Ausführenden.

Die rechnerunterstützte Materialwirtschaft verlangt die exakte Erfassung der gesamten Produktstruktur und aller Artikel (Abb. 1).

Diese Datenstruktur ist für Planung und Steuerung, wie der Ausflug in die Kombinatorik zeigt, zu filigran. Es ist notwendig, diese Struktur durch Vernachlässigung von Information in die verkürzte Sicht einer logistischen Stückliste zu bringen.

Möglich ist die Verkürzung der Struktur des herzustellenden Artikels von 19 Zwischenprodukten und 74 Arbeitsplänen auf vier Zwischenprodukte und vier Kontrollpunkte (Abb. 2).

Auf dieser groben Struktur kann verläßlicher geplant werden als auf der feinen Struktur. Rückmeldung und Steuerung gestalten sich ebenfalls wesentlich weniger aufwendig.

Fertigungseinheiten werden zu Black boxes zusammengefaßt. Diese werden in ihrem inneren Geschehen von außen weder beplant noch gesteuert. Auf deren einen Seite werden Kaufteile eingefüttert, und auf deren anderen Seite fallen nach einer mittleren Zeit mit einem mittleren Ausschuß Zwischenprodukte heraus:

An die Black box wird ein Bedarf von N Zwischenprodukten zum Zeitpunkt t gemeldet. Die Wiederbeschaffungszeit des Zwischenproduktes ist eine bekannte Größe. Die Black box ihrerseits generiert entsprechend zeitlich verlaufende Bedarfe an Kaufteilen. Die Produktstruktur und die Steuerung innerhalb der Black box sei unbekannt, die Black box liefere jedoch zuverlässig in den benannten Wiederbeschaffungszeiten das Zwischenprodukt. Im Sinne der Reagibilität ist die Black box eine auf aktuelle Gegebenheiten autonom und selbstorganisiert reagierende funktionale Einheit.

Der Grundgedanke der Flexibilisierung der Fertigung, die Möglichkeit, schnell auf sich ändernde Anforderungen reagieren zu können, läßt sich durch eine Anonymisierung des Fertigungsgeschehens erreichen.

Ein Beispiel: Die Fertigung produziere die vier Produkte A, B, C und D sowie die Varianten A1, A2, B1 und C1. Hierfür werden die Kaufteile E, F, G, H, und K verwendet.

Die Produkte weisen eine Struktur wie in Abbildung 3 auf:

Vereinfachend seien diese Annahmen erlaubt:

- Die Wiederbeschaffungszeiten ähnlicher Teile (A, A1, A2), (B, B1), (C, C1) seien gleich.

- Weder in der Fertigung noch in der Montage fällt Ausschuß an, die Kaufteile sind zu 100 Prozent verwendbar.

Zum Zeitpunkt t seien folgende Mengen zu liefern:

I) t 10 A, 25 A1, 50 A2

Die auftragsorientierte Fertigung legt die Fertigungsaufträge wie in Abbildung 4 an.

Die anonyme Fertigung legt die Fertigungsaufträge wie in Abbildung 5 an.

Das Bündeln der Aufträge zu anonymen Bedarfen vermindert drastisch den zu treibenden Planungs-, Steuerungs- und Rückmeldeaufwand. Die Vorfertigung wird vollkommen vom Geschehen der Endfertigung oder Endmontage entkoppelt, so daß in der Vorfertigung größere, anonyme Lose gefahren werden können.

Der Wunsch der taktgenauen Anlieferung ist Illusion, so verständlich er auch sein mag. Selbst bei der Planung anonymisierter Bedarfe auf der Basis der verkürzten Sicht der logistischen Stückliste kann keine stück- und zeitgenaue Planung erfolgen. Der Materialfluß durch die Fertigung, zwischen einzelnen Fertigungszellen oder Black boxes ist durch die Einrichtung von Pufferlägern von der Stochastik des aktuellen Fertigungsgeschehens zu entkoppeln.

Die Pufferläger puffern in der Höhe des mittleren Verbrauchs der, belieferten Fertigungszelle abhängig von der jeweiligen Wiederbeschaffungszeit der optimalen Losgröße.

a . . . Verbrauch

t . . . Wiederbeschaffungszeit n Stück

- . . . optimale Losgröße

p . . . Pufferlagerbestand

p= (a*(t + 1) DIV n)*n;

Die Entkopplung durch Pufferläger vergrößert die Flexibilität der Fertigung, da für Schnellschüsse in kleinen Losen die notwendigen Zwischenprodukte in den Puffern vorhanden sind. Die Stochastik der zufälligen Über- oder Unterlieferung von Aufträgen wird aufgefangen und schlägt nicht auf anhängige Einheiten durch. Die Bedarfe für Wartungen, Reklamationen und Reparaturen sind aus der laufenden Produktion zu befriedigen, ohne daß die laufende Produktion stockt.