Kapazitätsplanung

3. Voraussetzungen für eine systematische Kapazitätsplanung

Nach den einleitenden Erläuterungen zum Stand der betrieblichen Gegebenheiten und der Randbedingungen zum Thema Kapazitätsplanung und –steuerung sollen nun zunächst einmal die Voraussetzungen für eine systematische Kapazitätsplanung betrachtet werden.

Bild 3.1 gibt einen Überblick über den Informations- sowie Methoden- und Funktionsbedarf für die Kapazitätsplanung und -steuerung.

Bild 3.1: Voraussetzungen für eine systematische Kapazitäts- und Terminplanung im Rahmen der Produktionsplanung und -steuerung

3.1 Ressourcenbezogene Voraussetzungen bzw. Anforderungen

3.1.1 Maschinen-Ressourcen

Im Vordergrund der Ressourcenbetrachtung stehen typischerweise zunächst Maschinen und Produktionsanlagen, die zumindest theoretisch jederzeit im 24/7-Modus zur Verfügung stehen.
Aus dieser technischen Verfügbarkeit kann man jedoch nicht direkt die produktionstechnisch nutzbare Kapazität ableiten, da technische oder ablauforganisatorische Störungen auftreten können, die dann bei der Ermittlung der verplanbaren Systemkapazität berücksichtigt werden müssen. Außerdem reicht die Qualifikationsbreite der Mitarbeiter meist nicht aus, um alle Maschinen bei Bedarf auch 3-schichtig einsetzen zu können.

Eine elegante Möglichkeit zur Bestimmung einer Maschinenkapazität ergibt sich aus der Nutzung der so genannten Durchlaufdiagramme (Bild 3.2). Im Durchlaufdiagramm werden über der Zeitachse die Rückmeldungen eines Arbeitsplatzes i.d.R. tagesbezogen in Bezug auf die geleisteten Vorgabestunden als kumulative Kurve dargestellt (hellgrüne Kurve). Um bei großen Tagessummenwerten erkennen zu können, ob es sich um große Einzelbuchungen oder viele kleine Buchungen handelt, bietet es sich an, die Durchführungszeitelemente der Arbeitsgänge ebenfalls in der Grafik anzuzeigen (grüne Rechtecke). Die linke Kante eines Rechtecks repräsentiert dabei den theoretischen Bearbeitungsbeginn des Arbeitsgangs, der ausgehend vom Rückmeldezeitpunkt über die Kapazitätseinstellung des Arbeitssystems berechnet wird. Die nachträgliche Berechnung ist notwendig, weil in den meisten Unternehmen (noch) keine differenzierte Erfassung der Produktionsprozesse erfolgt. Aus der Steigung der Rückmeldekurve wird dann der Anpassungsfaktor (Nutzungsgrad oder auch Leistungsfaktor) für die Kapazitätsdefinition abgeleitet. Dafür sind zunächst die Anzahl der Kapazitätseinheiten am Arbeitssystem anzugeben sowie das Schichtmodell, nach dem üblicherweise am Arbeitssystem gearbeitet wird. Der Anpassfaktor wird dann so eingestellt, dass die gelbe Kapazitätskurve und die hellgrüne Rückmeldekurve möglichst parallel verlaufen.

Bild 3.2: Nutzung eines Arbeitsplatz-Durchlaufdiagramms zur Konfiguration von Kapazitätsparametern

Zur Bewertung der Qualität der Kapazitätskonfiguration kann die zusätzliche Anzeige des Bestandsverlaufs am Arbeitssystem sinnvoll sein. In Bild 3.3 zeigt die Kapazität einen stark volatilen Verlauf mit häufigen Wechseln zwischen 1-Schicht- und 3-Schichtbetrieb. Der Konfigurationstabelle für das Arbeitssystem (Bild 3.4) kann man entnehmen, dass der Nutzungsgrad einheitlich auf 0,95 (95 Prozent) gesetzt wurde und dass damit die gelbe Kapazitätskurve den Leistungsverlauf der Rückmeldekurve gut abbildet.

Bild 3.3: Nutzung eines Arbeitsplatz-Durchlaufdiagramms zur Konfiguration von Kapazitätsparametern
Bild 3.4: Dynamische Konfiguration der Kapazitätseinstellungen für einen Arbeitsplatz

Sofern in Engpasssituationen Arbeit auf andere Arbeitsplätze verlagert werden kann und dies auch regelmäßig praktiziert wird, sollten so genannte Kapazitätsgruppen definiert werden, in denen mehrere Arbeitsplätze oder auch Personen zu einer Kapazitätseinheit zusammengefasst sind. In diesem Fall würde man bei der Kapazitätsplanung nur prüfen, ob die Gesamtkapazität ausreicht und in der Planungsphase noch keine individuelle Zuordnung der Arbeitsgänge zu einem bestimmten Arbeitsplatz vornehmen.

3.1.2 Mitarbeiter-Ressourcen

Neben der technischen Systemkapazität sind die Personalressourcen wichtige Komponenten für die Kapazitätsplanung, weil sie i.d.R. durch eine Zuordnung von Bedienungspersonal zu den Betriebsmitteln die kapazitätsbestimmende Größe darstellen. Im betrieblichen Alltag können die meisten Mitarbeiter in der Produktion an mehr als einem Arbeitsplatz eingesetzt werden, ohne dass die diesbezüglichen Informationen zur flexiblen Einsatzfähigkeit in digitalisierter Form für Planungszwecke zur Verfügung stehen. Für eine systematische Kapazitätsplanung sind Daten zur Anwesenheit sowie zur Einsatzfähigkeit (Qualifikationsmatrix) zwingend erforderlich, um damit auch eine aktive Personaleinsatzplanung vornehmen zu können. Da sich die Einsatzfähigkeit von Mitarbeitern beispielsweise aufgrund von Einarbeitungsmaßnahmen und Zertifizierungen dynamisch ändert, müssen die Informationen auch laufend gepflegt werden.

3.1.3 Primärbedarf und daraus abgeleitete Sekundär- und Tertiärbedarfe

Obwohl man annehmen sollte, dass Informationen zum Auftragsbestand eines Unternehmens bzgl. der Ermittlung des erforderlichen Kapazitätsbedarfs hinreichend verfügbar sind, ist dies in der Praxis meist nicht der Fall.

Bei Einzel- bzw. Einmalfertigern gibt es beispielsweise häufig dynamisch wachsende Stücklisten, weil Entwicklung, Konstruktion und Arbeitsplanung erst nach einer Auftragserteilung detailliert planen und weil laufend Änderungswünsche des Kunden in den Produktentstehungsprozess einfließen.

Bei einer Serien- oder Wiederholfertigung liegen konkrete Primärbedarfszahlen oftmals nur für Zeiträume vor, die kürzer sind als die internen Wiederbeschaffungszeiten, so dass sowohl Eigenfertigungs- als auch Kaufteile „auf Verdacht“ geplant werden müssen.

In der Automobilindustrie mit Massenfertigung sind zwar längerfristige Lieferpläne, -abrufe und
–einteilungen üblich, die Bedarfsmengen und -termine zeigen jedoch auch dort sehr stark volatiles Verhalten.

Insgesamt muss man bzgl. der Kapazitätsplanung davon ausgehen, dass sich der Ressourcenbedarf laufend ändert und dass deshalb unter dieser Voraussetzung eine rollierende Kapazitätsplanung mit einem ausreichend langen Planungshorizont erforderlich ist.

3.1.4 Stammdaten (Stücklisten, Arbeitspläne, Betriebsmittel, Personal, usw.)

Die Pflege von Stammdaten ist in vielen Unternehmen ein „dunkles Kapitel“. Obwohl alle Mitarbeiter im Unternehmen bessere Datenqualität bei den Stammdaten anfordern und befürworten, gibt es keine konsequente Qualitätssicherung im Management von Unternehmensdaten. Typische Datenfehler sind beispielsweise:

  • falsche Arbeitsgangreihenfolgen oder Arbeitsplatzzuordnungen
  • fehlende bzw. nicht freigegebene Produktionsarbeitspläne führen dazu, dass die Kapazitätsbedarfe
    systemtechnisch nicht berücksichtigt werden und sehr kurzfristig vom Planungssystem erkannt werden
  • fehlende oder falsche Vorgabezeiten für Rüst- und Bearbeitungsoperationen
  • keine Differenzierung zwischen Maschinen- und Personenzeiten
  • unrealistische Terminierungsparameter
  • fehlende oder falsche Dispositionsparameter

3.1.5 Materialressourcen

Materialbezogene Bestandsdaten bzgl. Mengen und Verfügbarkeiten stehen i.d.R. in ausreichendem Maß zur Verfügung. Aufgrund falscher oder unzureichender Planungsmethoden und falscher Parametrierung entstehen jedoch häufig Fehlteilesituationen, weil Auftragsnetze nicht durchgängig abgebildet und geplant werden. In ERP-Anwendungen treten diese Fehler insbesondere dort auf, wo die Materialplanung primärbedarfsneutral über Dispositionsstufen erfolgt. Ein weiteres Problem besteht darin, dass vom Wunschtermin abweichende Lieferterminzusagen von Lieferanten ignoriert werden bzw. nicht in die Planung einfließen und dass damit das Termingefüge insgesamt obsolet werden kann. Eine nicht zeitnahe Umterminierung von fixierten Deckungselementen (Fertigung-, Planaufträgen) kann ebenfalls zu einer signifikanten Abweichung vom tatsächlichem Kapazitätsbedarf führen.

3.2 Anforderungen an Methoden und Funktionen

3.2.1 Primärbedarfscontrolling

Eine verlässliche rollierende Planung des Primärbedarfs mit den verschiedenen externen und internen Bedarfsarten bildet die Basis für eine funktionierende Kapazitätsplanung und Steuerung. Ideal wären in vielen Unternehmen Vorausplanungszeiträume von 12 bis 18 Monaten, um auch lange Lieferzeiten von Rohmaterial und Kaufteilen berücksichtigen zu können. In der Realität sieht es einerseits so aus, dass auch im Automotivebereich Lieferpläne und -abrufe nur für wenige Wochen verbindlich sind und dass andererseits kunden- und materialabhängig unterschiedliche Planungshorizonte abgebildet sind. Damit ergibt sich für das herstellende Unternehmen das Problem, dass bei Produkten mit mehreren Verbrauchern nur ein relativ kurzer verlässlicher Planungszeitraum existiert. Die Verantwortung für die Primärbedarfsdefinition wird damit faktisch vielfach vom Vertrieb auf die Disposition verlagert. In jedem Fall sollte z. B. ein gleitender Mittelwert des bisherigen Verbrauchs als Referenzwert zur Bewertung des aktuell definierten Primärbedarfs berechnet werden.

Neben dem operativen Primärbedarfscontrolling auf Basis des aktuellen Auftragsbestands sind auch Simulationen des mittel- und langfristig erwarteten Kundenbedarfs sinnvoll, um den Bedarf für einen werksübergreifenden Kapazitäts- und Belastungsausgleich frühzeitig erkennen zu können.

3.2.2 Material- und Auftragsdisposition

Die Auftrags- und Materialdisposition hat einen großen Einfluss auf die Kapazitätsplanung, weil in der Fertigung sowohl bei der Auftragsbildung als auch bei der daraus abgeleiteten Materialplanung häufig dispositive Mengen gebildet werden, die den Bedarf von mehreren Bedarfsverursachern zusammenfassen. Da die Bedarfsdeckungsaufträge terminlich auf den frühesten Verbraucher ausgerichtet werden, führt dies dazu, dass die Bedarfsdeckung im Mittel zu früh erfolgt. Durch dieses Verhalten können „künstliche“ Engpässe entstehen, die beispielsweise über eine reichweitenorientierte Planungsmethodik vermieden werden könnten.

3.2.3 Betriebsdatenerfassung (BDE)

Die Betriebsdatenerfassung ist eine traditionell vernachlässigte Funktion im Rahmen der Kapazitätsplanung. Obwohl die technischen Voraussetzungen für eine angemessene Rückmeldung des Auftragsfortschritts in den meisten Unternehmen gegeben sind, werden die erforderlichen Rückmeldungen nicht oder nur verspätet getätigt. Typische BDE-Fehler sind:

  • fehlende oder verspätete Rückmeldungen
  • Fehler bei der Dateneingabe (Mengen, Termin)
  • falsche Ressourcenzuordnungen (Arbeitsplatz, Mitarbeiter, Auftrag)
  • falsche Reihenfolgen
  • unzureichende BDE-Methoden

Die Folge falscher BDE-Daten sind zwangsläufig unsichere Kapazitätsbedarfsdaten mit dem Risiko ungeplanter Leerläufe. Wie bei der Betrachtung der Stammdaten ist es sinnvoll, auch für die BDE-Daten ein Qualitätssicherungssystem einzurichten.

Im Zuge der Digitalisierungsbestrebungen vieler Unternehmen kann man davon ausgehen, dass durch die Einführung von Industrie 4.0-Funktionen die Verfügbarkeit und Qualität von Daten aus dem Produktionsprozess deutlich erweitert und verbessert wird und dass damit auch das Planungsrisiko sinkt bzw. die Planungsqualität steigt. Die verbesserte Datenlage würde sich insbesondere positiv auf die Aussagequalität von Tagfertigkeitsanalysen (s. a. Kapitel 9 Tagfertigkeitsmonitoring und -reporting) auswirken.

3.2.4 Logistikberichtswesen (Kennzahlenberechnung, Monitoring und Reporting)

Eine funktionsfähige Kapazitätsplanung erfordert auch ein angemessenes Logistikberichtswesen, das einerseits auf potenzielle Problemstellungen hinweist und anderseits aussagekräftige Kennzahlen für die Bewertung der Kapazitätssituation in der Vergangenheit und in der Zukunft liefert.

Folgende Kennzahlen können beispielsweise zur Analyse der Kapazitäts- bzw. Engpasssituation in der Produktion verwendet werden:

(Kapazitäts-)Bedarfsgrad
Der Bedarfsgrad ergibt sich aus der Division des Kapazitätsbedarfs für einen vorgegebenen Zeitraum durch die in diesem Zeitraum verfügbare Kapazität. Ein Arbeitsplatz wird als statischer Engpass betrachtet, wenn der Kapazitätsbedarfsgrad größer als 100 Prozent ist. Der Bedarfsgrad basiert auf den Terminen der Rückwärtsterminierung (Soll-Durchlauf).

Normal-Bedarfsgrad
Der Normal-Bedarfsgrad repräsentiert den Steigungsunterschied zwischen der Bedarfs- (Soll-Abgangs-) und der Kapazitätskurve. Er berücksichtigt den aktuellen Rückstand des Arbeitsplatzes nicht. Ein Normal-Bedarfsgrad über 100 Prozent weist darauf hin, dass künftig ein Rückstand auftreten kann bzw. ein vorhandener Rückstand weiter ansteigen wird. Die Berechnung erfolgt nach folgender Formel:
Normal-Bedarfsgrad = (Kapazitätsbedarf – aktueller Rückstand) / Kapazitätsangebot
(jeweils für einen vorgegeben Zeitraum)

Plan-Nutzungsgrad
Der Plan-Nutzungsgrad ist das Verhältnis von verplanter Kapazität zur angebotenen Kapazität für einen festgelegten Auswertungszeitraum. Wenn ein Engpassarbeitsplatz einen Plan-Nutzungsgrad deutlich unter 100 Prozent aufweist, dann liegt wahrscheinlich ein Zuflussproblem aufgrund eines vorgelagerten Engpassarbeitsplatzes vor.

Belastungsgrad (BelGrad)
Der Belastungsgrad gibt Auskunft darüber, wieviel Belastung auf den Arbeitsplatz zukäme, wenn alle vorgelagerten Arbeitsplätze keinen Engpass darstellen (Verhältnis vom optimalen Auftragszufluss gemäß Belastungsterminierung zum aktuellen Kapazitätsangebot). Die Berechnung der idealen Belastungs¬termine - ideal bezogen auf die Auftragstermine – berücksichtigt die Bearbeitungszeiten, die Mindestübergangszeiten der Arbeitsplätze sowie die auftragsstrukturbezogenen Ecktermine und Störungen (z.B. fehlendes Material).

 

In der von GTT entwickelten FAST-Methodik werden die zuvor beschriebenen Kennzahlen insbesondere für die Bewertung der so genannten statischen Engpässe verwendet. Ein Arbeitsplatz wird als statischer Engpass bezeichnet, wenn der Bedarfsgrad größer als 100 Prozent ist und dabei ein repräsentativer Betrachtungshorizont bzgl. des Auftragsbestands zugrunde gelegt wurde.

Für die Ermittlung von dynamischen Engpässen werden die Ergebnisse der Materialflusssimulation bzw. der finiten Kapazitätsterminierung herangezogen. Eine maßgebliche Kennzahl ist dabei die Summe der engpass- bzw. kapazitätsbedingten Verzögerungstage bei der Auftragseinplanung. Für die Berechnung wird die Zeitspanne zwischen dem Terminierungsergebnis der Kapazitätsterminierung und der Belastungsterminierung in Arbeitstagen berechnet und für einen definierten Zeitraum aufaddiert. Die Summe ergibt die Anzahl der kapazitätsbedingten Stautage je Arbeitsplatz.

Die beiden zuvor beschriebenen Engpasstypen bilden die Ausgangsbasis für innerbetriebliche Abstimmungsgespräche zur kurz-, mittel- und langfristigen Kapazitätsplanung. Während in der betrieblichen Praxis in der Vergangenheit überwiegend regelmäßige Logistikgespräche als Terminrunden eingerichtet wurden, die insbesondere die Rettung von aktuell gefährdeten Lieferterminen zum Inhalt hatten, sollte künftig eine aktive Ressourcenplanung und -steuerung im Vordergrund stehen, um die Anzahl der terminlich gefährdeten Projekte schon im Vorfeld, idealerweise schon in der Angebotsphase, reduzieren zu können.

3.2.5 Auftragsterminierungs- und -einplanungsmethoden

Die terminliche Lage des Kapazitätsbedarfs wird über Auftragsterminierungs- und -einplanungsmethoden von ERP-/PPS-Systemen definiert bzw. ermittelt. Dabei erfolgt eine Unterscheidung zwischen klassischen Terminierungsmethoden, bei denen die Termine ohne Konkurrenzbetrachtung berechnet werden und einer flussorientierten finiten APS-Planung, die u.a. die Material-, Maschinen- und Personalressourcen unter Konkurrenzsituation berücksichtigt.

Bei allen aufgeführten Terminierungs- und Einplanungsarten erfolgt eine Differenzierung nach Durchführungszeit (Summe aus Rüst- und Bearbeitungszeit), kürzbarer Standard-Übergangszeit und fixer Mindestübergangszeit. Die Mindestübergangszeit wird bei der Terminierung und Einplanung gesetzt, um beispielsweise Transportzeiten zwischen Arbeitsplätzen oder Wartezeiten aufgrund der mittleren Bearbeitungszeit von in Arbeit befindlichen Arbeitsgängen abzubilden.

3.2.5.1 Klassische Terminierungsmethoden

Rückwärtsterminierung
Die Rückwärtsterminierung orientiert sich am Soll-Ende des Auftrages. Ausgehend vom Soll-Ende des Auftrages werden die Ecktermine der einzelnen Arbeitsgänge und damit letztlich der Soll-Starttermin des ersten Arbeitsgangs ermittelt. Bei der Terminierung können arbeitsgangbezogene Konfigurationsparameter verwendet werden, um logistische Besonderheiten eines Unternehmens abzubilden. Neben den Auftrags-, Arbeitsgang- und Arbeitsplatzparametern fließen auch materialbezogene Parameter wie beispielsweise die Sicherheitszeit optional in die Berechnung ein. Die von einer Rückwärtsterminierung ermittelten Termine können, abhängig von der Einstellung der Terminierungsparameter, in der Vergangenheit liegen (Bild 3.5). Auch die kurzfristige Bekanntgabe des Bedarfs kann zu einem in der Vergangenheit liegenden Soll-Starttermin führen. Durch Änderungen der Parametereinstellungen und durch die Auswahl von Planungsstrategien kann die terminliche Lage der einzelnen Arbeitsgänge auf vielfältige Weise verändert werden.

Wenn als Ergebnis einer Terminierung Arbeitsgangtermine in der Vergangenheit liegen, werden diese bei einigen Kapazitätsplanungssystemen einfach auf das aktuelle Datum gesetzt, um keinen Kapazitätsbedarf in der Vergangenheit zu auszuweisen.

Bild 3.5: Klassische Terminierungsarten zur Ermittlung des Kapazitätsbedarfs

Vorwärtsterminierung
Die Vorwärtsterminierung orientiert sich an einem vorgegebenen Startzeitpunkt oder Ereignis, z. B. am Soll-Start des Auftrages, der Verfügbarkeit von Material oder am aktuellen Datum. Ausgehend vom Starttermin werden die Ecktermine der einzelnen Arbeitsgänge und damit letztlich der Soll-Endtermin des letzten Arbeitsgangs ermittelt. Bei der Vorwärtsterminierung können die Endtermine der Arbeitsgänge und damit auch der berechnete Endtermin des letzten Arbeitsgangs später liegen als das vorgegebene SOLL-Ende des Auftrags.

Terminierung mit prozentualer linearer Übergangszeitverkürzung
Eine Verkürzung der Standard-Übergangszeit kann bei der Terminierung eingesetzt werden, wenn der Soll-Starttermin gemäß Rückwärtsterminierung in der Vergangenheit liegt und/oder das Soll-Ende des Auftrages gegenüber dem Zieltermin nicht in die Zukunft verschoben werden soll. Bei der klassischen Übergangszeitverkürzung erfolgt eine gleichmäßige prozentuale Verkürzung für alle oder ggf. nur die offenen Arbeitsgänge, so dass sich zwangsläufig eine Verschiebung des Kapazitätsbedarfs in die Zukunft ergibt – und das, obwohl der Auftrag wegen der Verkürzung eigentlich einen Eilauftrag darstellt. Im Grafikbeispiel (Bild 3.5) verschieben sich mit Ausnahme des Endtermins des letzten Arbeitsgangs alle Termine in die Zukunft. Durch die Übergangszeitverkürzung ändert sich die relative Dringlichkeit des Auftrags (auch als interne Priorität bezeichnet), die z. B. als mittlerer auftragsbezogener Restschlupf pro Arbeitsgang definiert werden kann. Der Auftrag wird gegenüber den mit Standard-Übergangszeit terminierten Aufträgen zum Eilauftrag, der so lange bei der Auftragseinplanung zu Reihenfolgevertauschungen führen kann, bis der relative Rückstand wieder ausgeglichen ist. Methodenbedingt würde dieser Zustand jeweils nur am letzten Arbeitsgang auftreten können, wenn die einmal mit Verkürzung berechneten Termine konsequent eingehalten würden. Die Terminierung würde demnach nicht dazu führen, den Fertigungsablauf zu beruhigen.

3.2.5.2 Belastungsterminierung

Die zuvor beschriebene klassische gleichmäßige prozentuale Übergangszeitverkürzung liefert zwar grundsätzlich gültige Termine für die Kapazitätsplanung, sie unterstützt jedoch nicht die Zielsetzung, einen Durchlaufverzug möglichst schnell wieder auszugleichen, um dann anschließend wieder einen „geordneten“ Ablauf z. B. nach FIFO (FIRST-IN-FIRST-OUT) oder FCFS-Regeln (FIRST-COME-FIRST-SERVED) praktizieren zu können.

Die von GTT entwickelte Variante der Übergangszeitverkürzung (die so genannte Belastungsterminierung) gleicht dieses Manko über eine dynamische degressive Übergangszeitverkürzung aus. Bei der Belastungsterminierung werden die kürzbaren Übergangszeiten der offenen Arbeitsgänge nicht (prozentual) gleichmäßig verkürzt, sondern degressiv abhängig vom aktuellen Durchlaufverzug. Ausgehend vom ersten Arbeitsgang werden die Übergangszeiten jeweils auf die Mindest-Übergangszeit verkürzt, bis erstmals der Soll-Endtermin der Rückwärtsterminierung eines Arbeitsgangs erreicht wird. Von diesem Arbeitsgang an erhalten alle weiteren Arbeitsgänge die Standard-Übergangszeit bzw. die Termine, die sich aufgrund einer Rückwärtsterminierung ergeben würden.

Zur Bewertung der Terminierungsergebnisse und zur Priorisierung bei der Auftragseinplanung werden so genannte Kompressionsgrade je Arbeitsgang und je Auftrag berechnet, die das Verhältnis von komprimierter Übergangszeit zur Standard-Übergangszeit abzüglich Mindestübergangszeit abbilden. Dabei werden jeweils nur die offenen Arbeitsgänge betrachtet. Ein Kompressionsgrad von 100 Prozent entspricht damit einer maximalen Verkürzung der Übergangszeit auf die Mindestübergangszeit

Von den zuvor beschriebenen Terminierungsarten ist die Rückwärtsterminierung grundsätzlich nicht für eine Kapazitätsplanung verwendbar, wenn mindestens ein Arbeitsgangtermin in der Vergangenheit liegt. Die Anwendung der Vorwärtsterminierung ist bei einer kundenorientierten Fertigung nicht sinnvoll, weil die Soll-Termine potenziell nicht eingehalten werden. Die Terminierung mit Übergangszeitverkürzung sowie die Belastungsterminierung liefern bei ausreichendem Kapazitätsangebot (keine Engpasssituation für Auftragsdurchlauf) grundsätzlich realistische Kapazitätsbedarfe. Die Belastungsterminierung bietet dabei den Vorteil, dass sie versucht, einen gegenüber dem Soll-Durchlauf aufgetretenen Rückstand möglichst schnell auszugleichen (Ermittlung des idealen Kapazitätsbedarfs). Der Kapazitätsbedarf wird damit auf einen früheren Zeitpunkt als bei der prozentualen linearen Übergangszeitverkürzung gesetzt. In dem Terminierungsbeispiel wird bei der Belastungsterminierung der Arbeitsgang „C“ zeitgleich wie bei der Rückwärtsterminierung eingeplant, während die gleichmäßige prozentuale Übergangszeitreduzierung den Termingleichstand erst zum letzten Arbeitsgang vorsieht. Die Belastungsterminierung unterstützt damit eine Beruhigung der Auftragsabwicklung bzw. Reihenfolgebildung im Sinne des FIFO-/FCFS-Prinzips.

Das in der Praxis noch häufig angewendete optische Kenntlichmachen eines Auftrags bzw. Arbeitsgangs als Eilauftrag, beispielsweise durch einen „EILT“-Stempel auf den Auftragspapieren, wäre aufgrund der dynamischen Statusänderungen bei der Belastungsterminierung obsolet. Andererseits lässt sich die Zustandsänderung z. B. mit Hilfe der Kennzahl Kompressionsgrads auf digitalen Belegungslisten elegant durch Farbattribute darstellen.

Eine unmittelbare Ableitung des Kapazitätsbedarfs eines Arbeitsplatzes über die Belastungsterminierung ist in Überlastsituationen grundsätzlich nicht möglich, wenn der betrachtete Arbeitsplatz im Materialfluss hinter einem oder mehreren Engpassarbeitsplätzen liegt. In diesem Fall erfolgt der mögliche Zugang der Arbeitsgänge an einem Arbeitsplatz nicht zu den Terminen, die mit Hilfe einer Belastungsterminierung ermittelt wurden. Es ist vielmehr notwendig, den künftigen Zugangsverlauf anhand einer dynamischen Materialflusssimulation (finite Kapazitätsterminierung) unter Berücksichtigung der Konkurrenzsituation der Aufträge zu ermitteln.

3.2.5.3 Materialflusssimulation als Werkzeug zur dynamischen Kapazitätsplanung

Bei der Materialflusssimulation handelt es sich um eine spezielle Art der Kapazitätsterminierung, bei der die Einplanung der Aufträge unter Berücksichtigung der verfügbaren Ressourcen erfolgt (z.B. Maschinen- und Personalkapazitäten, Material). Dabei geht es nicht um eine konkrete sekundengenaue Terminfindung für jeden Arbeitsgang, sondern um die Frage, ab wann ein Arbeitsgang voraussichtlich einen Arbeitsplatz belasten wird und bis wann er aufgrund der Ressourcenverfügbarkeit abgeschlossen sein kann. Die Methodik kann mit einer Hochwasservorhersage verglichen werden, bei der es eher darum geht zu wissen, wann und wo bestimmte Wasserpegelstände erreicht oder überschritten werden und nicht um die Frage, wann und wo sich genau ein Wassermolekül befindet – eine dementsprechende Aussage wäre ohnehin mit quasi 100-prozentiger Sicherheit falsch.

Die Einplanung der Aufträge bzw. Arbeitsgänge erfolgt bei der Materialflusssimulation grundsätzlich in der Reihenfolge der Dringlichkeit der Aufträge, die beispielsweise über den Restschlupf je Arbeitsgang oder durch eine externe Priorität vorgegeben ist. Bei der Einplanung der Aufträge wird für alle Arbeitsgänge geprüft, wann die Bearbeitung des Arbeitsinhaltes unter der gegebenen Zufluss-, Materialverfügbarkeits- und Kapazitätssituation gestartet und beendet werden kann. Dabei werden der Ankunftszeitpunkt und die Vorgabezeit des Arbeitsganges sowie die dynamische Kapazität und die bereits zuvor verplante Kapazität des jeweiligen Arbeitsplatzes berücksichtigt. Wenn die kapazitive Einplanung zu einem voraussichtlichen Auftragsendtermin führt, der später liegt als der Soll-Endtermin des Auftrages, dann kann optional geprüft werden, ob unter Berücksichtigung der Materialverfügbarkeit durch Vorziehen des Auftrages oder durch Verlagerung auf einen anderen Arbeitsplatz eine bessere Endtermineinhaltung erreicht werden kann.

Wenn bei der Einplanung eine Plan-Übergangszeit ermittelt wird, die länger ist als die maximal zulässige Übergangszeit (Planungsparameter im Arbeitsplatzdatensatz), dann wird optional eine Prüfung durchgeführt, ob der Auftrag auch zu einem späteren Zeitpunkt gestartet werden könnte, ohne einen späteren Plan-Endtermin an dem Engpassarbeitsplatz zu erreichen (kapazitive engpassorientierte Rückwärtseinlastung).

Diese Planungsalgorithmen erfüllen u. a. die Zielsetzungen der TOC-Methodik (Theory of Constraints) und der am IFA der Leibniz Universität Hannover entwickelten BOA-Methodik (Belastungsorientierte Auftragsfreigabe). Das Zurückhalten bzw. nicht Freigeben aktuell kapazitätsbedingt nicht machbarer Aufträge führt zu einer Reduzierung bzw. Begrenzung des Fertigungsumlaufbestands, führt damit auch zu beherrschten Durchlaufzeiten und kann die Auftragstermineinhaltung und die Produktivität verbessern, indem freigehaltene Kapazität durch Aufträge genutzt werden kann, die nicht an Engpässe bearbeitet werden müssen.

Als Ergebnis der Materialflusssimulation liefert die FAST-Methode bezogen auf die eingestellte Ressourcenverfügbarkeit realistische Fertigstellungstermine für die einzelnen Arbeitsgänge und damit realistische Informationen über Engpass-, Leerlauf- und Bestandssituationen an den Arbeitsplätzen. Mit Hilfe von Kennzahlen werden einerseits die statischen und dynamischen Engpässe und andererseits die dynamischen Kapazitätsbedarfe der Arbeitssysteme ermittelt.

 

(1) Die Materialflusssimulation ist eine Komponente der von GTT entwickelten FAST-Methodik (Factory Analysis und Scheduling Tools) und des von GTT entwickelten Softwarebaukastensystems jFAST©.

3.2.5.4 Erläuterung der flussorientierten FAST-Einplanungsmethodik

Die folgenden Bilder 3.6a bis 3.6d sollen den Ablauf der flussorientierten FAST-Einplanungsmethodik anhand eines fiktiven Beispiels näher erläutern.

Bild 3.6a zeigt die Ausgangssituation der Einplanung. In dem Szenario werden drei Arbeitsplätze (A, B und C) und drei einzuplanende Aufträge (grün, gelb und rot) betrachtet sowie ein bereits eingeplanter Auftragsbestand ( blaue Ausgangsbelastung). Die Kapazität der Arbeitsplätze entspricht der Höhe der grauen Balken (Annahme: 8 Stunden/Tag), die die arbeitsfreien Wochenenden repräsentieren.

Bild 3.6b zeigt den Planungszustand nach der Einplanung des „grünen“ Auftrags mit der Arbeitsgangreihenfolge A, B und C. Da die freie Kapazität an Arbeitsplatz A niedriger ist als der Kapazitätsbedarf des ersten Arbeitsgangs von Auftrag grün, belegt der Arbeitsgang noch einen Teil der freien Restkapazität des nächsten Arbeitstags (Montag). Nach der Einplanung an Arbeitsplatz A wird der Auftrag „grün“ planerisch mit Mindestübergangszeit zum Arbeitsplatz B transportiert und dort beginnend ab Dienstag kapazitiv eingeplant. Für die Einplanung von Auftrag „grün“ an Arbeitsplatz B werden die freien Restkapazitäten von Dienstag bis Donnerstag sowie ein Teil der freien Kapazität vom Freitag verplant.

Der dritte Arbeitsgang von Auftrag „grün“ reserviert die freien Restkapazitäten vom Montag und Dienstag der Folgewoche sowie einen Teil der Restkapazität vom Mittwoch. Insgesamt ergibt sich für den Auftrag eine Plandurchlaufzeit von 9 Tagen.

Bei dieser Einplanungsmethodik wird nicht davon ausgegangen, dass der zweite Arbeitsgang am Arbeitsplatz B tatsächlich in vier Teilschritten bearbeitet wird, es geht lediglich darum zu ermitteln, bis wann der Auftrag unter Berücksichtigung der verfügbaren Kapazität spätestens fertiggestellt sein kann.

Bild 3.6a: Ausgangssituation zum Beginn der Einplanung der Aufträge grün, gelb und rot
Bild 3.6b: Planungszustand nach der Einplanung von Auftrag grün
Bild 3.6c: Planungszustand nach der Einplanung der Aufträge grün, gelb und rot

Bild 3.6c zeigt den Planungszustand nach der Einplanung von Auftrag gelb und rot.
Arbeitsgang 2 (Arbeitsplatz B) weist dabei eine hohe Plandurchlaufzeit in Höhe von voraussichtlich 7 Tagen auf, weil Arbeitsplatz B bereits eine hohe Ausgangsbelastung sowie zusätzliche Belastungen durch die Aufträge grün und gelb hatte. Wenn die voraussichtliche Durchlaufzeit eines Arbeitsgangs einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, dann erfolgt ausgehend vom Plan-Ende des Arbeitsgangs am Engpassarbeitsplatz eine Rückwärtseinplanung mit Kapazitätsbetrachtung.

Im Anwendungsbeispiel ergibt sich daraus eine um drei Tage spätere Kapazitätsreservierung von Auftrag rot an Arbeitsplatz C und damit auch eine um drei Tage verkürzte Plandurchlaufzeit.

Die zuvor beschriebene Planungsmethodik lässt sich sowohl für die Einplanung von unabhängigen Einzelaufträgen als auch für die Einplanung komplexer Auftragsnetze nutzen. Bei der Netzplanung wird zunächst eine dispositionsstufenübergreifende Rückwärts- und Belastungsterminierung durchgeführt, um die interne Priorität der Netzkomponenten und der Primärbedarfsdecker zu ermitteln. Anschließend erfolgt nach einem PULL-Prinzip die Einplanung von Einzelteilen und Baugruppen, wobei die Prioritäten von den übergeordneten Primärbedarfsdeckern dynamisch an die Komponentenaufträge „vererbt“ werden.

Bild 3.6d: Startverschiebung von Auftrag rot als Ergebnis einer engpassorientierten Rückwärtseinplanung