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12.10.1990 - 

Auch Zukunftsperspektiven machen PPS-Systeme interessant, doch

Noch verwalten PPS-Systeme ausschließlich die Gegenwart

Die Gespräche mit Produktionsplanern zeigen immer wieder eine Gemeinsamkeit auf: Die Unzufriedenheit mit der Qualität der Terminplanung. Selbst extrem umfangreiche PPS-Systeme unterstützen nur die Verwaltung der Gegenwart. Simulation am Fertigungsleitstand schafft Abhilfe, meint Andreas Schröder*.

Die Funktionen zur Planung der Zukunft sind in traditionellen Systemen schwach ausgebildet oder führen zu unrealistischen Planzahlen, besonders bei stark ausgelasteter Produktion. Die Ergänzung der PPS-Systeme um manuelle oder DV-gestützte Leitstände schwächen dieses Problem nur ab, indem überschaubarere Produktionsbereiche über kürzere Planungshorizonte verplant werden. Eine grundsätzliche Lösung muß aber an der Planungsmethode ansetzen. Folgende Planungsmethoden sind prinzipiell zu

unterscheiden:

- Einige PPS- und Leitstandsysteme sind eher Visualisierungsinstrumente. Die Systeme zeigen statisch auf, welche Kapazitäts- und Materialbedarfe sich bei einem bestimmten Auftragsvolumen und Terminrahmen ergeben. Die Planungsfunktion selbst wird dem menschlichen Planer überlassen, der optimale Reihenfolgen und effektive Fertigungstermine manuell bestimmen muß.

- Andere PPS-Systeme versuchen über summarische Berechnungen und diverse Optimierungsparameter einen Plan automatisch zu bestimmen. Die praktische Nutzung dieser Systeme hat aber zwei große Schwierigkeiten aufgezeigt: Trotz komplexer Algorithmen treten immer noch eklatante Soll-Ist-Abweichungen auf; die optimale Parametereinstellung ist sehr schwierig und führt nicht immer zu zufriedenstellenden Ergebnissen.

Ein Grund dafür ist die zu grobe und summarische Berechnung wichtiger Einflußgrößen wie Transportzeiten oder Wartezeiten. Außerdem ist die Methode der Terminierung ohne Kapazitätsberücksichtigung und nachträgliche "Reparatur" der Unverträglichkeiten wenig effektiv. Sie führt entweder zu Terminplänen mit großen Reserven oder zu starken Soll-Ist-Abweichungen .

Ein dritter Ansatz ist die Schaffung von regelnden Steuerungssystemen, die automatisch zu optimalen Produktionsergebnissen führen sollen. Beispiele hierzu sind Kanban-Systeme oder die belastungsorientierte Auftragsfreigabe. Die Funktion des PPS-Systems liegt hier in der optimalen Gestaltung der Regelmechanismen.

Dieser Ansatz kann häufig zu sehr effektiven Ergebnissen führen, weist aber auch zwei Nachteile auf:

- Die Auswirkungen von Maßnahmen zur Beeinflussung des Produktionssystems sind nicht voraussehbar,

- es existiert keine Unterstützung zur optimalen Einstellung der Regelmechanismen.

Allen genannten Planungsansätzen fehlt ein Instrument zur exakten Voraussage der Zukunft.

Eine echte Simulation, nicht zu verwechseln mit der sogenannten "quasi-simulativen Einlastung", verfolgt jedes einzelne Werkstück auf seinem Weg durch die Zukunft. Jedes Warten auf verfügbare Kapazitäten wird individuell abgebildet. Die Zukunft der Produktion wird detailliert und im Zeitraffer dargestellt. Der Zustand zu jedem beliebigen Zeitpunkt kann beobachtet werden. Man kann die Zeit schnell ablaufen, anhalten oder sogar rückwärts laufen lassen. Die Werkstücke können dabei sowohl den vorgegebenen Terminen des PPS-Systems folgen als auch von den installierten Regelmechanismen gesteuert werden. Zusätzlich können weitere Einflußgrößen, wie spezielle Transportsysteme, Störungen, Nachbearbeitungen oder Werkzeug- und Vorrichtungsflüsse detailliert einbezogen werden .

Wird ein PPS- und Leitstandsystem um eine Simulationskomponente ergänzt, so ergeben sich folgende Vorteile:

- Im Fall der manuellen Planung können alternative Ansätze vorab durchgespielt und auf ihre Effektivität überprüft werden. Sogenannte "Was-wäre-wenn-Fragen" werden beantwortet. Die Konsequenzen des gewählten Planungsansatzes werden vorab deutlich.

- Bei Systemen mit summarischen Algorithmen kann die Planqualität vorab ermittelt werden. Daneben bietet die Simulation Hilfestellung bei der optimalen Einstellung der Parametertabellen. Viele PPS-Systeme werden bei der Installation auf eine Produktionssituation eingestellt und trotz veränderter Situation nicht mehr angepaßt. Eine vorausschauende, aktive Einstellung ist nur mit der Simulation effektiv möglich.

- Werden selbstregelnde Steuerungssysteme um eine Simulationskomponente ergänzt, so können Beeinflussungsmaßnahmen, wie Auslastungsveränderungen, Technologieänderungen oder Änderungen des Produktionssystems vorab getestet werden. Die regelmäßige Situation der zukünftigen Produktionssituation ist außerdem eine Hilfe bei der optimalen Einstellung der Regelmechanismen.

- Neue Planungmethoden, die auf der Simulationsmethode basieren und im vorhandenen PPS-System nicht verfügbar sind, können genutzt werden. Eine Terminierung nach dem Just-in-Time Prinzip, angelehnt an die Kanban-Logik, ist durch die Technik der Rückwärtssimulation realisierbar. Ergebnis sind die spätestmöglichen Fertigungstermine, die die gegebenen Endtermine einhalten und von vornherein alle Ressourcenrestriktionen berücksichtigen. Diese Methode ist nicht zu verwechseln mit der klassischen Rückwärtsterminierung mit nachfolgendem Kapazitätsabgleich. Vielmehr läßt das System die Zeit von den vorgegebenen Endterminen aus rückwärts ablaufen, und ermittelt so bei gegebenen Maschinen- und Personalkapazitäten, Transportsystemen und gegebenenfalls Ausschußraten die spätesten Fertigungstermine. Auch Störungen oder Werkzeuge und Vorrichtungen können einbezogen werden.

Simulation bereichert jedes PPS-System

Um die Simulationsmethode zu nutzen, muß man nicht warten bis neue PPS-Systeme verfügbar sind. Mit einigen der angebotenen Simulationssysteme lassen sich schon jetzt ergänzende PPS-Module realisieren. Wegen der unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten ist ein separates Modul sogar vorzuziehen, da es sowohl in PPS integriert als auch Stand-alone eingesetzt werden kann.

Zur Stand-alone-Simulation dienen die BDE-Istdaten der aktuellen Initialisierung des Simulationsmodells. Zur Alternativenbeurteilung werden diverse Szenarien, das heißt, unterschiedliche Inputdaten, Modellparameter oder Steuerungsalgorithmen simuliert und mit Auswertungswerkzeugen analysiert. Zusätzliche Transparenz bietet die Technik der grafischen Animation der Abläufe.

Eine derartige Lösung ist schon sehr geeignet, um die optimale Einstellung der PPS-Planungs- oder Regelungsparameter zu unterstützen. Für die regelmäßige Simulation in jeder Planungs- und Steuerungsperiode ist aber eine weitergehende Integration erforderlich. Vor dem Start der Simulationssitzung werden die aktuellen Stammdaten in das Modell übernommen. Damit die Szenariendaten vergleichbar bleiben ist eine Versionsverwaltung der Modelle nötig. Zum Start der Simulation wird, falls gewünscht, das Modell mit dem Ist-Zustand des Produktionssystems initialisiert. Dazu werden die Daten des BDE-Systems automatisch übernommen. Die Plandaten insbesondere der Auftragsvorrat des PPS-Systems bilden den Input der eigentlichen Simulationsläufe.

Bei kurzfristigem Auftragsvorrat und detailliertem Modell wird so eher der Leitstand als Durchsetzungsinstrument unterstützt, während die mittelfristigen Aufträge mit einem gröberen Modell eher die Produktionsplanung ergänzen. Durch ihre teilweise mächtigen Werkzeuge zur Animation und grafischen Aufbereitung können Simulationssysteme zusätzlich auch noch die Visualisierungsmöglichkeiten von PPS- und Leitstandsystem erweitern.

Soll das Simulationsmodul auch ergänzende Planungsfunktionen, beispielsweise bei der Terminierung durch Rückwärtssimulation, übernehmen, so müssen mit den Daten des optimalen Szenarios zuletzt die PPS-Plandaten aktualisiert werden.

PPS-Simulation im Automobilbau

Ein Unternehmen produziert anspruchsvolle Komponenten für die Automobilindustrie. Seine Kunden erwarten eine Just-in-Time-Anlieferung auf kurzfristige Abrufe. Absolute Termineinhaltung ist dabei unumgänglich. Daneben macht die Konkurrenzsituation eine hochautomatisierte Produktion erforderlich, die aus Kostengründen optimal ausgelastet werden muß. Trotzdem sollen zu lange Durchlaufzeiten und damit zu hohe Kapitalbindung in der Produktion vermieden werden.

Das zentrale PPS-System liefert zur Zeit Wochenpläne, die aus Sicherheitsgründen noch viel ,"Luft" enthalten. Wegen der üblichen Soll-Ist-Abweichungen und dem Zwang zur Termineinhaltung ist aber eine effektivere Planung nicht möglich. Mehrere DV gestützte Leitstände in den Produktionsbereichen erleichtern zwar die flexible Reaktion auf Planabweichungen, führen aber noch nicht zu zufriedenstellenden Produktionsdaten.

In dieser Situation soll ein Simulationsmodul die Planungszuverlässigkeit erhöhen, die Durchlaufzeiten und damit die Kapitalbindung reduzieren und die Auslastung der Kapazitäten optimieren.

Im ersten Schritt wird der Produktionsablauf eines Bereiches in einem Simulationsmodell abgebildet. Der terminierte Auftragsvorrat, der vom PPS-System vorgegeben wird, kann per Knopfdruck in das Simulationssystem übernommen werden. Animationen und Grafiken zeigen nach der Simulation deutlich auf, ob der Vorrat wirklich realisierbar ist. Die Simulation von alternativen Reihenfolgen, alternativen Produktionsabläufen oder veränderten Kapazitäten zeigt dem Planer sofort die Konsequenzen. Der Bereichsleitstand ist um ein effektives Planungsinstrument ergänzt worden, welches die Optimierung dieses Produktionsbereiches massiv unter stützt.

Als zweiten Schritt wird aus den verschiedenen Bereichsmodellen ein Gesamtmodell der Produktion gebildet. Zu detaillierte Bereichsmodelle werden angemessen vereinfacht, fehlende Modellbereiche ergänzt. Wo es möglich ist, wird die Berücksichtigung von PPS Stammdaten im Modell vorgesehen. Mit den PPS-Plandaten und den BDE-Ist-Daten vergangener Perioden kann das Modell effektiv validiert werden, das heißt auf Übereinstimmung mit der Realität überprüft werden. Die Simulationsläufe zeigen jetzt einerseits wie realistisch und machbar die Termin- und Mengenvorgaben des PPS-Systems sind. Überzogene oder ineffektive Planvorgaben können sofort erkannt und verändert werden. Erst realistische Wochenpläne werden an die Bereichsleitstände weitergegeben. Daneben kann das PPS-System jetzt regelmäßig in seinen Planungsparametern an die aktuelle Situation angepaßt werden. Parameter, wie Transport und Wartezeiten, Splittungsfaktoren, Überlappungsfaktoren, Losgrößenberechnungsparameter, Belastungsschranken der Auftragsfreigabe, Reihenfolgeregeln, Kapazitätsabgleichsregeln unter anderem bleiben nicht mehr auf den Werten stehen, auf die sie vor Jahren bei der Systemeinführung eingestellt wurden. Die Planungszuverlässigkeit und -qualität entwickelt sich stetig weiter.

Der dritte Schritt ist die Ergänzung des PPS-Systems um das Verfahren der Rückwärtssimulation. Dazu wird ein spezifisches Modell erstellt, welches prinzipiell dem Modell von Schritt zwei entspricht, aber spezifisch für die Rückwärtssimulation zugeschnitten wird. Input hier ist der unterminierte Auftragsvorrat und das Ergebnis der Simulation sind die Starttermine aller Arbeitsgänge unter der Maßgabe des spätestmöglichen Starts aller Aktivitäten bei unbedingter Endtermineinhaltung. Beantwortet die Simulation "Was-wäre-wenn"-Fragen, so gibt die Rückwärtssimulation "Wenn-dann"-Antworten.

Die neue Terminierungsmethode beantwortet hier jetzt die Frage: "Wenn diese Abrufmengen zu diesen Terminen geliefert werden müssen und das Produktionssystem diese Leistungsmerkmale aufweist, um die Läger über diese vorproduzierten Vorratsbestände verfügen, wann müssen dann spätestens die einzelnen Arbeitsgänge starten?" Sind die verfügbaren Leistungen und Vorräte zu gering, werden sich Starttermine in der Vergangenheit ergeben. Wird die Produktion nicht ausgelastet, liegen alle Starttermine sehr weit in der Zukunft und die Ergänzung von Vorratsaufträgen ist zu prüfen. In jedem Fall werden Just-in-Time-Termine erreicht, die auf die vorgegebenen Endtermine aufbauen und kurze Durchlaufzeiten sicherstellen.

Als Nebenprodukt wird bei allen Schritten eine anschauliche Animation realisiert, die Effekte aller Produktionsentscheidungen für verschiedenste Interessenten verdeutlicht. Die Vorführung einer Animation kann beispielsweise in einer Sitzung von Einkaufs-, Produktions-, Vertriebs- und Controllingverantwortlichen die Entscheidungsfindung wesentlich vereinfachen. Die Animation bildet quasi den Fernsehschirm auf dem die simulierte Zukunft abläuft.

Geeignete Simulationssysteme heute verfügbar

Von vielen angebotenen Simulationssystemen sind einige wenige für die Aufgaben der PPS-Ergänzung geeignet. Die wesentlichen Voraussetzungen, die von solchen Systemen erfüllt werden müssen, sind:

- Stand-alone-Benutzeroberfläche und Lauffähigkeit in der PPS-Benutzerführung,

- Offenheit zur Realisierung der verschiedenen Datenbankschnittstellen ohne Änderung der Standardsoftware

- Lauffähigkeit auf den gängigen Hardwaresystemen, auf denen die PPS- und Leitstandsysteme installiert sind,

- flexible Modellbildung ohne Programmierung, die für verschiedenste Produktionssysteme einsetzbar und vom Endanwender modifizierbar ist

- problemlose Realisierbarkeit der verschiedensten Planungs-, Steuerungs- und Regelungsverfahren,

- grafische Darstellung und farbige Animation der Abläufe und alternative Szenariendaten.

Auf der Basis derartiger Systeme werden zukünftig mehr und mehr Unternehmen das PPS-System von einem Verwaltungs- zu einem Optimierungsinstrument weiterentwickeln, ohne die Nachteile eines kompletten Systemwechsels auf sich nehmen zu müssen. Auch die Methode der Rückwärtssimulation ist gerade in einer Phase der vollen Auftragsbücher eine Chance, trotz extrem ausgelasteter Produktionskapazitäten die Termine einzuhalten, ohne unakzeptable Durchlaufzeiten und Kapitalbindung in Kauf nehmen zu müssen.