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12.10.1990 - 

Praxis der PPS hinkt ihren Möglichkeiten hinterher

Grundlagen der PPS und der Ressourcendisposition

Systeme zur Produktionsplanung gehörten zu den ersten auf Computern realisierten Anwendungen - mit der Folge, daß viele angebotene und in den Betrieben realisierte PPS-Lösungen nicht mehr auf der Höhe der Zeit sind. Zunehmender Konkurrenzdruck zwingt Hersteller wie Anwender zu einer Neuorientierung, die den Prozeß der eigentlichen Leistungserstellung im Unternehmen wieder in den Vordergrund rückt.

Mit Produktionsplanung und -steuerung sind zunächst alle betrieblichen Funktionen angesprochen, die unmittelbar der Bedarfsplanung von Erzeugnissen (Baugruppen, Einzelteile) und Rohmaterialien sowie der Durchsetzung dieser Planung dienen. Darunter fallen sowohl Bedarfsmengen, die in Form von Kundenaufträgen vorgegeben werden, als auch diejenigen, die Ergebnisse von Planungsschritten sind, also einerseits die prognostizierten Bedarfsmengen für Enderzeugnisse und andererseits Sekundärbedarfsmengen für Baugruppen. Einzelteile und Rohmaterialien, die aus dem Bedarf an Enderzeugnissen abgeleitet werden. Die Bedarfseinplanungen werden über innerbetriebliche Produktions- und Beschaffungsaufträge realisiert.

Die Kerngrößen sind Umfang und Zeitrahmen

Produktionsplanung und -steuerung als Unternehmensfunktion hat die Aufgabe, die Herstellung von Produkten hinsichtlich Mengen, Terminen, Kapazitäten (beziehungsweise Ressourcen und Einsatzfaktoren allgemein) und Kosten zu planen und steuern. Dabei sind aus Aufträgen und Absatzprognosen für Produkte Teilaufgaben für die einzelnen betrieblichen Leistungsträger zu bestimmen und durch die Vergabe von Aufträgen an diese sowie an externe Stellen die Herstellung der Produkte zu steuern.

Wesentliche Kenngrößen der Aufträge sind ihr Aufgabenumfang und der Zeitrahmen, in dem sie auszuführen sind. Bei der Ausführung werden sie über mehrere Detaillierungsstufen in jeweils kleinere Teilaufträge unterteilt. Entsprechend der Detaillierung lassen sich Ebenen der Produktionsplanung und -steuerung definieren, die sich in ihren Funktionen stark unterscheiden (Bild 1):

-die langfristigen, strategischen Funktionen der Produktionsprogrammplanung,

- die mittelfristigen, taktischen Funktionen der Fertigungsprogrammplanung oder Disposition

- die kurzfristigen und operativen Funktionen der Werkstattsteuerung und Betriebsablaufsteuerung.

PPS-Systeme haben ein gemeinsames Problem: Widersprüchliche Forderungen müssen miteinander in Einklang gebracht werden. Beispielsweise müssen die Bedarfe die vorhandenen Ressourcen mit berücksichtigen. Auf allen Ebenen läßt sich deshalb eine gemeinsame Gliederung in vier Funktionen finden:

1. Übernahme des Auftrags oder des Bedarfs und Bildung von detaillierteren Aufträgen oder Programmen entsprechend der Planungsebene.

2. Terminliche und kapazitätsmäßige Einplanung der Aufträge oder des Programms entsprechend der Belastungssituation der Leistungsträger.

3. Auftragserteilung beziehungsweise Weitergabe eines gültigen Programms.

4. Überwachung der Auftragsdurchführung durch Entgegennahme und Verarbeitung von Rückmeldungen .

Entsprechend können die Aufgaben der PPS durch vier Funktionsumfänge bestritten werden (Bild 2):

- Bedarfsrechnung,

- Ressourcenrechnung,

- Auftragsrechnung und

- Rückführung.

Bedarfsrechnung

Die Produktionsplanung und -steuerung geht vom Produktionsprogramm aus. Zu dessen Erstellung kann ein Funktionsumfang dienen, der nach unterschiedlichen Methoden (Prognosen, Auftragsentwicklung und so weiter) Bedarfsmengen festlegt. Dies muß auf allen Fertigungsstufen erfolgen. Im Rahmen der Planungsdetaillierung werden diese Bedarfswerte in feinere Zeithorizonte eingerüttelt, die auf tiefer gelegten Ebenen angesiedelt sind. Dazu können die Periodenwerte (zum Beispiel Wochenmengen) in Teilperiodenwerte (etwa Tagesmengen oder Schlichtmengen) umgesetzt werden.

Ressourcenrechnung

Zur Erfüllung der Produktionsaufgabe sind eine Reihe von Ressourcen einzusetzen. Je nach Bedeutung der Ressourcen für den Leistungserstellungsprozeß (Kosten, Knappheit etc.) werden zu jeder der Ressourcen Zustandsinformationen und Zeitreihen geführt; es erfolgt die Terminsynchronisation aller zur Ausführung von Arbeitsschritten benötigten Elemente. Im Grunde wird mit einem einheitlichen Modell gearbeitet das die in Frage stehenden Ressourcen einteilt in

- verfügbar,

- gesperrt beziehungsweise reserviert und

- Sicherheit.

Die Genauigkeit der Modellierung bleibt stets dem Anwender überlassen. So kann die Ressource beispielsweise einfach als "vorhanden/nicht vorhanden" (etwa ein Werkzeug) oder aber als Zahl geführt werden (zum Beispiel "Stück/Förderhilfsmittel). Weiterhin muß der Einzelfall entscheiden, ob dieses Ressourcenabbild nur als Ist-Zustand im Rechner geführt wird oder ob es mit einem Zeithorizont versehen wird.

Auftragsrechnung

Verbindliche Auftragsvorgaben an betriebliche Stellen können nur dann erteilt werden, wenn diese von den Leistungsträgern auch ausgeführt werden können. Die Auftragsrechnung bewerkstelligt einen Abgleich des Bedarfs mit den vorhandenen Ressourcen, um machbare Aufträge zu erzeugen. Dazu sind, je nach Planungsaufwand und Stellung im Planungsnetz eine Reihe von Bezugsgrößen wie Zeithorizont, Mengenskala, Kapazitätsangaben und so weiter einspielbar.

Bei den Berechnungsroutinen, die den Bezugsgrößen, Bedarfsangaben und Mengenzusagen/Beschränkungen zugeordnet sind, handelt es sich um Verfahren, die im Rahmen einstufiger Betrachtungen möglichst optimale Pläne erzeugen, oder aber mehrstufige Prozeßvorgaben über den Planungshorizont gewinnen. Die den Belegungen zugrunde gelegte Optimierungsfunktion kann niemals allgemeingültig sein, sondern hat sich den Gegebenheiten des jeweiligen Steuerungsfalls anzupassen. (Eine Nichtbeachtung dieses Punktes kann zu erheblichen Problemen führen: Beispielsweise ist ein Belegungsalgorithmus nach Andler zur Losgrößenoptimierung in manchen Fällen zweckmäßig, in den meisten Fällen jedoch sind im tatsächlichen Betriebsablauf andere Zielgrößen von ausschlaggebender Bedeutung.)

Rückführung

Es muß feststehen, auf welche Weise Abweichungen vom geplanten Prozeßablauf, die die Rückmeldung erkennen läßt, in den weiteren Planungsschritten zu berücksichtigen sind. Trifft zum Beispiel eine Bedarfsmenge auf ein gegenüber der Planung wesentlich reduziertes Kapazitätsangebot, so ergeben sich Mindermengen im vorgegebenen Auftrag, die verkraftet werden müssen. Die Rückführung legt dazu die betroffenen Abnehmer sowie den Zeitpunkt der Nachlieferung fest und erzeugt bei den Planungseinheiten für die Zeit bis zur Nachlieferung Ausweichpläne. Dazu werden Zustandsmeldungen/-veränderungen aller für das Fertigungsgeschehen relevanten Ressourcen weitergeleitet.

Geht etwa ein Werkzeug zu Bruch, wird dieser Ausfall sofort an die betreffende Planungseinheit gemeldet. Dort werden geeignete Umplanungen vorgenommen. Je nach Art und Umfang der Abweichung sowie der Differenz zwischen Bedarf und Angebot an Ressourcen treten die Rückführungsarten auf unterschiedlichen Planungsebenen in Erscheinung.

Die Produktionsplanung und -steuerung klassischer Prägung orientiert sich an Verfahrensweisen aus der Zeit vor Einführung der EDV. Sie verwendet deshalb auch die Planungsgrundlagen, die damals bereits zur Verfügung standen, nämlich Stückliste und Arbeitsplan.

Diese beiden Vorlagen enthalten Informationen über die Zusammensetzung eines Erzeugnisses sowie die zu seiner Herstellung erforderlichen Arbeitsgangfolgen. Ergänzt man die beiden Unterlagen um Zeitparameter, so können grobe Mengen- und Termingerüste für die Ausführung ermittelt werden. Dies wird auf zwei Ressourcenarten (Material und undifferenzierte Kapazität) beschränkt und sukzessiv (Sukzessivplanungskonzept) abgearbeitet.

Die so in der Verfahrensweise unveränderte Struktur ist bei den klassischen PPS-Systemen auf die EDV übertragen. Diese PPS-Systeme weisen neben den aus ihrer historischen Entwicklung entstandenen noch weitere Schwächen auf. Je nach Ausbau treten bei ihnen die dargestellten Schwachstellen mehr oder weniger ausgeprägt zutage.

PPS hat sich stets parallel zu den Innovationen der EDV weiterentwickelt und ihrerseits Einfluß auf die Gestaltung von DV-Komponenten genommen. So entstand aus dem Prototyp des ersten Stücklistenprozessors die erste Datenbank (BOMP), die später durch den Codasyl-Standard festgeschrieben wurde. Umgekehrt ändern sich mit der Hardware auch Funktionsausgestaltungen und Softwarelösungen für die PPS. In der Regel jedoch hinkt die betriebliche Realität den Möglichkeiten der EDV um fast fünf Jahre hinterher. Erst im Zusammenhang mit Integrationslösungen zieht moderne Informationstechnik auch in die praktische PPS ein.

Der Betriebsablauf führt zu neuen Anforderungen

Die Veränderung von PPS-Funktionen bei moderner Fertigungsorganisation wird nicht nur durch eine Änderung der PPS-Organisationstechnik verursacht, sondern auch durch einen Wandel der personellen Struktur in den Produktionsabteilungen. Dies zeigt sich zunächst an der Zahl der Mitarbeiter in computerunterstützten Fertigungsbereichen.

Wie Bild 3 zeigt, differiert die Leitungsspanne (die einem Meister unterstellte Anzahl von Mitarbeitern) ganz erheblich. Bei zunehmender Kapitalintensität nimmt die Zahl der unterstellten Mitarbeiter ab. Aufgrund der sinkenden Mitarbeiterzahl verändern sich auch die Strukturen im Meisterbereich. Eine optimale Leitungsspanne läßt sich nur nach Betrachtung der jeweiligen Gegebenheiten angeben. Dabei spielen Faktoren wie Homogenität und Schwierigkeit der Aufgabe, Entscheidungsspielraum der Mitarbeiter, Kontrollnotwendigkeiten und organisatorische Rahmenbedingungen eine Rolle.

Entwicklung geht zu flacherer Organisation

Die Entwicklung geht derzeit weg von der großen Zahl an Hierarchiestufen hin zu einer einfacheren Meister-/Arbeiterstruktur und einer flacheren Aufbauorganisation. Diese Entwicklungen und ein verbessertes Informationsangebot direkt am Leistungserstellungsbereich bringen neue Anforderungen an die PPS-Funktionalität. Der Trend zur "Annäherung an die Linieö läßt die zur Stabilisierung der Produktion eingerichteten Stabsstellen schrumpfen und näher an die Linie heranrücken, die ihrerseits in autonome Teilbereiche zerlegt wird. Diese Teilbereiche sind selbst verantwortlich für ihre Termine, Qualität, Kosten und Technik.

Aus der vollen Verantwortung für das Geschehen im jeweiligen Teilbereich resultiert die legitime Forderung des Produktionsverantwortlichen, auch seine Planungsinstrumente selbst zu bestimmen. Das bedeutet, daß er nicht mehr einem zentralen PPS-System ausgeliefert sein möchte, sondern Einfluß auf Planungsentscheidungen nehmen will. So wird die PPS zu einem Informationssystem, das entscheidungsrelevante Daten bereitzustellen hat.

Im Kurzfristbereich werden aufwendigere Verfahren benötigt. Hauptursache dafür sind Flexibilitätsbestrebungen, sowohl hinsichtlich der Variantenvielfalt als auch hinsichtlich der Ressourcenangebote wie Personal, Hilfsmittel und Werkzeuge. Es wird künftig nicht reichen, allein die Kapazitätssituation der Fertigungseinrichtungen zu betrachten. Weitere Arbeitszeitverkürzungen, verbunden mit einer Flexibilisierung des Arbeitsangebots seitens der Belegschaft, machen aufwendigere Planungs- und Überwachungssysteme erforderlich, die eng mit dem Ablaufplan harmonieren müssen.

Neue Anforderungen an die Technik

Aufgrund der Standortbedingungen in der Bundesrepublik Deutschland läßt sich die Kosten- und Ertragssituation nur dann zufriedenstellend gestalten, wenn die flexible Automation vorangetrieben wird. Aus diesem Grund sind sowohl die Fertigungseinrichtungen als auch die Steuerungssysteme zur Beherrschung der Gesamtabläufe weiter zu automatisieren.

Die Aggregate zur Verrichtung von Teilfolgen des Arbeitsgangs haben zum PPS-System die Schnittstellen ihrer eigenen Steuerung (SPS, NC, DNC, RC). Weil die übergeordneten Steuerungssysteme schneller und flexibler auf Störungen reagieren müssen, sind die Informationen vor Ort bereitzustellen und aktuell verfügbar zu halten. Durchgriffe auf angelagerte Systeme im Rahmen von CIM-Lösungen müssen möglich sein. Die Darstellung der Information hat übersichtlich und bei Bedarf auch detailliert zu erfolgen. Wichtig ist, daß Ungeübte die Technik bedienen können.

Damit ergeben sich folgende Anforderungen an die Informationstechnik: komfortable Benutzeroberflächen, schnellere Ergebnisauswertungen, leichtere Bedienbarkeit sowie problemangepaßte Software. Da die Daten an unterschiedlichen Stellen bereitgehalten werden sollen beziehungsweise der Durchgriff auf alle angelagerten Systeme möglich sein soll, ist für leistungsfähige PPS-Lösungen die Netzkomponente von größerer Bedeutung als der Rechner selbst.

Die Forderung nach Auswertungsfunktionen und ähnlichem beinhaltet auch, daß die Möglichkeit auf gewisse Grunddaten zuzugreifen unabhängig von der Anwendungssoftware gegeben sein muß. Damit wird sich die bisherige Modularisierung der PPS-Systeme, soweit sie die Einteilung in Funktionsumfänge betrifft, nicht beibehalten lassen. Ihre zentralen Datenbestände müssen auch für andere Applikationen 'zugänglich werden. Damit verliert das eigentliche PPS-System seine Bedeutung als unternehmensweites Informationssystem. Es gibt diese Aufgabe an leistungsfähige Datenbanken ab, die inzwischen auch hardwareunabhängig zur Verfügung stehen.

Sowohl Anwender als auch Anbieter haben auf die neuen Forderungen und Möglichkeiten reagiert. Der Wunsch nach benutzerfreundlichen Oberflächen mit Durchgriff auf andere Systeme hat Grafik und Netze stark in den Vordergrund gerückt. Bei Bedieneroberflächen und Netzen setzen sich zunehmend Standards durch.

Eine ähnliche Entwicklung zeichnet sich, wegen der besseren Portierbarkeit der Software, auch bei den Betriebssystemen ab. Hier hat sich in der Vergangenheit Unix als Quasi-Standard für die technischen Bereiche etabliert und hält nun auch Einzug in die organisatorischen DV-Welten. Namhafte PPS-Anbieter versichern, daß bereits zwischen 70 und 80 Prozent aller PPS-Anfragen Unix als Grundanforderung enthalten.

Den Aufbau künftiger PPS-Systeme wird die Trennung der reinen Anwendungsfunktionen von der Datenhaltung auszeichnen. Der Anwender erhält damit Zugang zu modernen Datenbanken, die direkt über eigene Datenmanipulationssprachen ansprechbar sind.

Das Preis-Leistungs-Verhältnis der Hardware wird sich weiter verbessern. Langfristig werden nur noch gewisse Grunddaten - wie Wortbreite, Taktfrequenz, Speicherausbau - für die Konfiguration der DV-Lösungen von Bedeutung sein. Auf diese Art kann ein herstellerunabhängiges Informationssystem, das über ein standardisiertes und netzwerkfähiges Betriebssystem wie Unix voll durchgängig ist, aufgebaut werden.

Informationstechnisches Know-how wird zum Netz Management, zum Anschalten von Koppelelementen, zum Dimensionieren von Zentraleinheiten sowie zur Peripherie Auswahl benötigt. Zunehmend wird die Informationstechnik zu einem alltäglichen Werkzeug, das so selbstverständlich wie ein Auto oder das Telefon von jedermann benutzt wird. Jeder Mitarbeiter wird über Grundkenntnisse in der DV-Anwendung verfügen. Damit rückt dann auch der eigentliche Leistungserstellungsprozeß wieder in den Vordergrund und die unterstützenden Lösungen seitens der DV werden stärker durch Individuallösungen und individuell konfigurierbare Tools geprägt sein.

Die Bedeutung der Standard-Anwendungssoftware wird zurückgehen, während leistungsfähige Entwickungstools und Betriebssystemkomponenten immer wichtiger werden.

*Dr.-Ing. Dipl. Math. Hermann Kühnle ist Mitarbeiter der Fraunhofergesellschaft für Produktionsplanung und Automatisierung in Stuttgart.