Kapazitätsplanung

5. Praktische Vorgehensweise zur dynamischen Kapazitätsplanung

Die dynamische Kapazitätsplanung erfolgt als iterativer Prozess in mehreren aufeinander aufbauenden Schritten:

  • Analyse der Vergangenheits- und Stichtagsdaten
  • Definition, Überprüfung und Einstellung der Kapazitätsdaten auf Arbeitsplatz- und Gruppenebene
  • Durchlaufterminierung des Auftragsbestandes mit Standardeinstellungen
    - Rückwärtsterminierung
    - Belastungsterminierung
  • Ermittlung statischer Engpässe
  • Materialflusssimulation/Kapazitätsterminierung
  • Ermittlung dynamischer Engpässe

Nach jedem Schritt ist eine Überprüfung des neuen Planungszustands bzw. der Planungsergebnisse erforderlich. Als Werkzeug für die Überprüfung bieten sich die verschiedenen Durchlaufdiagrammtypen sowie die Plan-Prozesskennzahlen an.

Die einzelnen Schritte werden anhand eines Praxisbeispiels auf der Basis realer Unternehmensdaten erläutert.

5.1 Analyse der Vergangenheits- und Stichtagsdaten

Anhand von Vergangenheits- und Stichtagskennzahlen kann man leicht diejenigen Arbeitsplätze erkennen, bei denen die Parametrierung oder die praktische Auftragsabwicklung geändert werden müssen, um die Planungsbasis für die Kapazitätsplanung zu verbessern. In der Kennzahlenliste fällt beispielsweise der Arbeitsplatz 26111 CNC-Drehen auf, weil er einerseits hohe Durchlaufzeiten aufweist und anderseits nur zu ca. 80 Prozent seiner eingestellten Kapazität über Rückmeldungen abmeldet (Auslastung 80 Prozent).

Bild 5.1: Arbeitsplatz-Hitliste mit Vergangenheits- und Stichtags-Kennzahlen
5.2: Durchlaufdiagramm für Arbeitsplatz 26111 CNC-Drehen

Legende
rot: kumulativer Auftragszugang am Arbeitsplatz
hellgrün: kumulativer Leistungsverlauf (Abgang)
blau: Bestandsverlauf
gelb: kumulativer Kapazitätsverlauf
schwarz: Arbeitsgang-Durchlaufelemente

Wie man dem Arbeitsplatz-Durchlaufdiagramm (Bild 5.2) entnehmen kann, hatte der Arbeitsplatz ab Mitte KW 39 bis KW 41 nicht genügend Direktbestand. Außerdem gab es einen reduzierten Leistungsverlauf in KW 44/45, der auf Urlaubstage in Verbindung mit einem Brückentag hinweist. Da die Kapazitätseinstellungen nicht an die reduzierten Kapazitäten angepasst wurden, ergibt sich bei der Kennzahlenberechnung ein falscher Wert.

5.2 Definition und Einstellung der Kapazitätsdaten

Die Durchlaufdiagrammmethodik ermöglicht mit einfachen Mitteln auch im Nachhinein das Einstellen der Kapazitätsdaten für Einzelarbeitsplätze und Kapazitätsgruppen. So kann man beispielsweise aus der Anwesenheitszeit der Mitarbeiter die gefahrenen Schichten ableiten und dann die Kapazitätsparameter so einstellen, dass die Kapazitäts- und die Leistungskurve weitgehend deckungsgleich verlaufen (Bild 5.3). Im Beispiel konnte durch eine entsprechende dynamische Anpassung der Schichtmodelle und das Setzen eines konstanten Leistungsfaktors (85 Prozent) der Leistungsverlauf über die Kapazitätskurve sehr gut nachgebildet werden, so dass eine realitätsnahe Auslastungsmessung möglich wird.

Bild 5.3: Konfiguration der Kapazitätsparameter mit Hilfe eines Durchlaufdiagramms

rot: kumulativer Auftragszugang am Arbeitsplatz
hellgrün: kumulativer Leistungsverlauf (Abgang)
blau: Bestandsverlauf
gelb: kumulativer Kapazitätsverlauf

Über die in der Zukunft geplanten Schichtmodelle und dem aus der Vergangenheit ermittelten Nutzungsgrad lassen sich realistische Kapazitätswerte für die Kapazitätsbedarfsanalyse und die Simulation des Auftragsdurchlaufs ermitteln. Der Bestandsverlauf am Arbeitsplatz wird benötigt, um Leerlaufverluste aufgrund von Zuflussmangel bei der Berechnung des Nutzungsgrads und bei der Bewertung der Planungsergebnisse berücksichtigen zu können.

Bild 5.4: Kapazitätseinstellung für die Kapazitätsplanung

rot: kumulativer Plan-Zugangsverlauf am Arbeitsplatz
hellgrün: kumulativer Plan-Abgangsverlauf
blau: Plan-Bestandsverlauf
gelb: kumulativer Kapazitätsverlauf

5.3 Durchlaufterminierung des Auftragsbestandes

Die Durchlaufterminierung der Aufträge erfolgt im ersten Schritt als Rückwärtsterminierung zur Ermittlung der aktuellen Terminsituation (Soll-Durchlauf) und zur Ermittlung der internen Dringlichkeit. Bei der Rückwärtsterminierung werden die Standardkapazitätseinstellungen der Arbeitsplätze einschließlich der Kapazitätsausnahmen verwendet. Die Terminierung erfolgt, soweit systemtechnisch verfügbar, über Auftragsnetzbeziehungen. Für die Belastungsterminierung, die zur Ermittlung des bestmöglichen Auftragsdurchlaufs dient und damit auch indirekt den optimalen Kapazitätsbedarf definiert, können Standardkapazitätseinstellungen oder auch Maximal-Grenzkapazitäten verwendet werden.

Bild 5.5: Darstellung der Durchlaufterminierungsergebnisse als Auftragsnetzgrafik

Die Auftragsnetzgrafik zeigt in der obersten Grafikzeile den Primärbedarfsverursacher, in diesem Fall einen Kundenauftrag. Bei dem direkt darunterliegenden Element handelt es sich um den Endmontageauftrag (Primärbedarfsdecker), der seinerseits noch zahlreiche Eigenfertigungskomponenten benötigt. Die grauen Grafikelemente repräsentieren jeweils den Soll-Durchlauf, während die orangenen Elemente den so genannten OPT-Durchlauf der Belastungsterminierung darstellen. Bis auf eine Komponente (drittletzte Zeile) können alle für die Endmontage benötigten Teile rechtzeitig bereitgestellt werden. Durch die fehlende Komponente wird der Starttermin der Endmontage verschoben. Die verspätete Materialverfügbarkeit oder Montagefähigkeit kann beispielsweise durch fehlende Zukaufteile verursacht sein.

Abhängig von der Dauer einer Verschiebung kann es sinnvoll sein, das gesamte Auftragsnetz in die Zukunft zu verschieben, um nicht unnötig früh Kapazitäten zu reservieren und damit in einer Engpasssituation für eine temporäre Entlastung von Engpassarbeitsplätzen zu sorgen.

Neben der Auftragsnetzbetrachtung ist eine Sicht auf den Durchlauf der einzelnen Arbeitsgänge eines Auftrags sinnvoll. Das Einzelauftrags-Durchlaufdiagramm in Bild 5.6 zeigt den Arbeitsgangdurchlauf gemäß Rückwärtsterminierung (graue Balken) und gemäß Belastungsterminierung (orange Balken). Die Länge der Balken entspricht dabei jeweils der Durchlaufzeit. Die Durchführungszeit der Arbeitsgänge wird jeweils als grüner Balken anteilig angezeigt. Die Höhe der Rechtecke repräsentiert die Planauftragszeit der Arbeitsgänge (Einheit [h]).

Der aktuelle Stichtag liegt zu Beginn von KW 2 (schwarze vertikale Linie). Der Beispielauftrag soll in KW 3 fertiggestellt werden und hätte dazu gemäß Rückwärtsterminierung bereits in KW 48 gestartet werden müssen. Die Belastungsterminierung ergibt einen frühesten möglichen Fertigstellungstermin in KW 5. Anhand der Belastungsterminierung kann man gut erkennen, um wie viele Wochen der Kapazitätsbedarf gegenüber der Rückwärtsterminierung in die Zukunft verschoben wird.

Bild 5.6: Darstellung der Rückwärts- und Belastungsterminierung für einen Fertigungsauftrag im Einzelauftrags-Durchlaufdiagramm

Legende:
grau: Arbeitsgang-Soll-Durchlauf (Ergebnis der Rückwärtsterminierung)
orange: Arbeitsgang-OPT-Durchlauf (Ergebnis der Belastungsterminierung)
grün: Durchführungszeit für die Bearbeitung des Arbeitsgangs

5.4 Ermittlung statischer Engpässe (Kapazitätsanalyse)

Die Ergebnisse der Rückwärtsterminierung und der Belastungsterminierung liefern die Basisdaten für die Ermittlung der statischen Engpässe. Der Vergleich des künftigen Kapazitätsbedarfs mit dem aktuellen Kapazitätsangebot für einen festgelegten Zukunftszeitraum (z.B. 20 Arbeitstage) liefert in Form der Engpassliste einen ersten Überblick über die Über-/Unterlastsituation für einen frei wählbaren Betrachtungshorizont (in diesem Beispiel 28 Kalendertage).

Die Engpassliste enthält im Wesentlichen folgende bereits in Kapitel 3.2.4 definierte Kennzahlen:

  • Kapazitätsbedarfsgrad (Bedgrad)
  • Normal-Bedarfsgrad (Normgrad)
  • Plan-Nutzungsgrad (Nutzgrad)
  • Belastungsgrad (BelGrad)
  • Rückstandsgrad (RückGrad)
Bild 5.7: Ermittlung der statischen Engpässe anhand von Kapazitätskennzahlen

Die Liste der statischen Engpässe zeigt als Hitliste die Arbeitsplätze absteigend nach Engpass-Situation (Bedarfsgrad) sortiert. Die Auswertung gilt für einen Auswertungszeitraum von 28 Arbeitstagen.
Dabei weist der Arbeitsplatz 26142 (Karusseldrehen) mit dem höchsten Bedarfsgrad in Höhe von 212 Prozent wegen einer unmittelbar anstehenden Reparatur nur eine Anzahl von 8 Arbeitstagen aus.

Betrachtet man für diesen Arbeitsplatz das Durchlaufdiagramm, so bildet sich die Reparaturphase dort als horizontaler Kurvenverlauf ab. Nach der Reparatur ist für mehrere Wochen bis Ende Februar ein 3-Schicht-Betrieb eingeplant, um den aktuellen Rückstand wieder aufzuholen.

Bild 5.8: Engpassarbeitsplatz mit reparaturbedingter Ausfallzeit

Aufgrund der mehr als 2-wöchigen Reparatur besteht für nachgelagerte Arbeitsplätze ein Auslastungsrisiko, das durch eine Materialflussbetrachtung näher untersucht werden kann.

5.5 Materialflussanzeige zur Bewertung von Engpasssituationen

Bild 5.9 zeigt die direkten Empfänger von Arbeit, die zuvor von der 26142 Karusseldrehmaschine (VTC 125) bearbeitet werden muss. Der Grafik kann man entnehmen, dass es sich im Wesentlichen um drei Folgearbeitsplätze handelt, von denen der Arbeitsplatz 26718 (Sielemann) hauptsächlich vom Karusseldrehen mit Arbeit versorgt wird. Betrachtet man die Materialflüsse zum Arbeitsplatz Sielemann (Bild 5.10), dann zeigt sich Arbeitsplatz 26142 ebenfalls als dessen Hauptlieferant.

In der Grafik repräsentieren die Trichtersymbole die Arbeitsplätze. Die Höhe der Trichter entspricht im Beispiel einem Reichweitenwert von 5 Tagen. Die blaue Füllung des Trichters entspricht dem Direktbestand am Arbeitplatz, ebenfalls in der Einheit Reichweitentage. Der rote Balken zeigt analog den jeweiligen Rückstand des Arbeitsplatzes an und der grüne Balken die Reichweite von vorab fertiggestellten Arbeitsgängen. Die Pfeilbreite ist ein Äquivalent für das zu bearbeitende Arbeitsvolumen. Die Pfeilspitze zeigt in Richtung des Arbeitsplatzes, der die Arbeitsgänge zu bearbeiten hat. Wenn eine Reichweitenkennzahl größer ist als der Trichterhöhenreferenzwert, dann werden so genannte Überlaufpfeile angezeigt. Eine Bestandsreichweite zwischen 10 und 15 Tagen würde demnach mit zwei Überlaufpfeilen dargestellt.

Im Durchlaufdiagramm von Arbeitsplatz 26718 (Bild 5.11, Sielemann) sieht man das Zuflussproblem in Form einer nahezu horizontalen Zuflusskurve für die nächsten zweieinhalb Wochen.

Bild 5.9: Darstellung der Materialflussnachfolger vom Karusseldrehen
Bild 5.10: Darstellung der Materialversorger von 26718 (Sielemann)
Bild 5.11: Leerlaufrisiko an Arbeitsplatz 26718 wegen der Reparaturmaßnahme am vorgelagerten Arbeitsplatz 26142 (Karusseldrehen)

Die Plan-Zugangskurve (rot) liegt deutlich unterhalb der Standard-Kapazitätskurve (orange). Sie wurde durch eine simulative Auftragseinplanung ermittelt. Man sieht, dass in den nächsten zwei Wochen nur ein geringer Auftragszufluss zu erwarten ist und dass damit die vorhandene Kapazität nicht genutzt werden kann. Der ermittelte Plan-Abgang zeigt dementsprechend einen hohen Kapazitätsverlust durch Leerlauf. In der Praxis ist diese Situation insbesondere bei denjenigen Arbeitsplätzen problematisch, die eine Engpasssituation aufweisen und die bereits im 3-Schicht-Betrieb arbeiten. In dem Beispiel beträgt der aktuell zu erwartende Rückstand etwa drei bis vier Wochen (horizontaler Abstand zwischen dem Kapazitätsbedarf und dem Plan-Abgang).

Eine Lösung des zuvor beschriebenen Problems kann darin bestehen, den bzw. die vorgelagerten Engpassarbeitsplätze mit Hilfe der Hitliste Zuflussengpässe zu ermitteln und an diesen die Kapazitäten dynamisch so anzupassen, dass das Leerlaufproblem an dem betrachteten Arbeitsplatz behoben oder zumindest reduziert werden kann.

5.6 Hitliste der Zuflussengpässe

Die Hitliste der Zuflussengpässe ist ein weiteres Hilfsmittel zur Ermittlung von Arbeitsplätzen, die den Zufluss zu anderen Arbeitsplätzen behindern. Die Hitliste basiert darauf, dass für jeden Arbeitsplatz alle bei der Materialflusssimulation ermittelten Durchlaufverzögerungen aufgrund von vorgelagerten Engpässen ausgewertet werden. Für jeden Arbeitsplatz erhält man dann eine Liste, die absteigend nach der Anzahl der Verzögerungstage an vorgelagerten Arbeitsplätzen sortiert ist (Bild 5.12).

Bild 5.12: Zuflussengpässe eines Arbeitsplatzes mit Leerlaufrisiko

Die Liste enthält u.a. folgende Kennzahlen:

Anz AG Plan
Anzahl der Arbeitsgänge, die an dem Arbeitsplatz einen Durchlaufverzug aufweisen

AnzVorAG
Anzahl der Arbeitsgänge, die durchschnittlich zwischen dem Auswertungsarbeitsplatz und dem Referenzarbeitsplatz liegen.

DLZ-Abw Plan
Abweichung zwischen der Soll-Durchlaufzeit und der bei der Materialflusssimulation ermittelten Plan-Durchlaufzeit.

SollDLZ Summe Plan
Summe der Soll-Durchlaufzeiten der Arbeitsgänge, die eine Plan-Durchlaufzeitabweichung aufweisen.

PlanDLZ Abw rel
Relative Durchlaufzeitabweichung bezogen auf den Soll-Durchlauf.

AuftrZt Plan
Planauftragszeit der Arbeitsgänge, die an dem Auswertungsarbeitsplatz verzögert werden. Es handelt sich dabei um das Auftragsvolumen, das an dem Referenzarbeitsplatz zu bearbeiten ist.

Menge Plan
Anzahl der Einzelteile, die von der Verzögerung betroffen sind.

Mit Hilfe dieser Liste lassen sich auch weit entfernte Zuflussengpässe in komplexen Materialflussstrukturen erkennen.

5.7 Ermittlung dynamischer Engpässe

Neben den statischen Engpässen können mit Hilfe von Simulationsfunktionen auch dynamische Engpässe ermittelt werden. Bei statischen Engpässen reicht die verfügbare Kapazität in einem definierten Zukunftszeitraum insgesamt nicht aus, um den Kapazitätsbedarf zu befriedigen. Bei den dynamischen Engpässen kann diese Situation bei schwankendem Kapazitätsbedarf temporär auftreten, so dass die dynamischen Engpässe über die zuvor vorgestellten Kapazitätskennzahlen nicht erkannt werden können. Dynamische Engpässe treten in der Praxis in jedem Unternehmen auf, weil bei dynamischen Kapazitätsbedarfsschwankungen das Kapazitätsangebot nicht schnell genug angepasst wird.

Der Lösungsweg zur Analyse der dynamischen Engpässe besteht darin, analog zur Hitliste der Zuflussengpässe die im Rahmen der Auftragssimulation ermittelten Plan-Durchlaufzeiten mit den geplanten Standard-Durchlaufzeiten der Arbeitsplätze zu vergleichen. Die Arbeitsplätze mit den insgesamt größten Plan-Durchlaufzeitabweichungen stellen demnach die größten Durchflussbehinderer dar. Bild 5.13 zeigt ein Beispiel für eine Hitliste der dynamischen Engpässe. In dieser Liste werden nur diejenigen Aufträge ausgewertet, die nach aktuellem Planungsstand nicht rechtzeitig fertiggestellt werden können.

Die Hitliste weist neben dem bereits bei der statischen Engpassanalyse als Engpass ermittelten Arbeitsplatz 26111 den Arbeitsplatz 26121 als größten Engpassfaktor aus, weil der Durchlauf von 370 Aufträgen mit insgesamt 515 Arbeitsgängen an diesem Arbeitsplatz um insgesamt 2714 Tage verzögert wird.

Mit Hilfe dieser Auswertungsmethodik kann man die Bedeutung der Arbeitsplätze zur Auftragstermineinhaltung bzw. Auftragsdurchlaufzeit ermitteln und ggf. im Voraus taktische Kapazitätsmaßnahmen auch bei denjenigen Arbeitsplätzen umsetzen, die nicht direkt als statische Engpässe ausgewiesen werden.

Bild 5.13: Liste der dynamischen Engpässe (Durchflussbehinderer)