Produktionsplanung und -steuerung

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08.04.2014
© Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
HNI
Prof. Dr.-Ing. habil. Wilhelm Dangelmaier
Heinz Nixdorf Institut
Universität Paderborn
Wirtschaftsinformatik, insb. CIM
Fürstenallee 11
33102 Paderborn
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Organisatorisches
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K 184.23321
Montag
14 – 16.00 Uhr, D 2
Dienstag
16 – 18.00 Uhr, D 2
Alle Unterlagen in Paul und auf der Homepage
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Veranstaltung am 14. April fällt aus!
W2332-01: Produktionslogistik
1
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HNI
Organisatorisches
Konzepte und Methoden des
Supply Chain Managements
Frau Dipl.-Ing. U. Mussbach-Winter
K 184.23322
Blockveranstaltung
21. – 23. Mai 2014
HNI
Gliederung
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HNI
Gliederung
Teil 1
Teil 2
Teil 3
Teil 4
Teil 5
Produktionsplanung und -steuerung – Grundlagen
Modelldefinition: Zeit, Verbrauchsfaktoren, Gebrauchsfaktoren
Herstellung der Konsistenz im Knoten: Mengenplanung,
Terminplanung
Herstellung der Konsistenz in Mikro- und Makrostrukturen
Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion – Bedarfsorientierter Anstoß der Produktion,
verbrauchsorientierte Produktion
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1. Einführung: Worum geht es hier?
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HNI
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Teil 1
Produktionsplanung und steuerung – Grundlagen
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Produktionsplanung und -steuerung - Grundlagen
Produktion als Input-Output-System
mit Begrenzungen
HNI
Transformationsprozesse sind Geschehen, bei denen eine Menge an materiellen und immateriellen
Elementen als Input eingesetzt wird, um einen andersartigen Output zu erhalten. Handelt es sich bei
einem solchen Transformationsprozess um die Produktion, so bezeichnet man den zu
transformierenden Input und den angestrebten Output als Güter. Output der Produktion sind die
Produkte, wobei materielle und immaterielle Produkte sowie Dienstleistungen unterschieden werden.
Input der Produktion sind die Produktionsfaktoren.
INPUT
Produktionsfaktor
TRANSFORMATION
Produktion
OUTPUT
Produkte
Produktion als Input-/Output-Prozess
„Die Produktion ist der betriebliche Umwandlungs- und Transformationsprozess, durch den aus den
Einsatzgütern andere Güter oder Dienstleistungen erstellt werden“.
Die Produktion „ist eine zeitliche Folge von Erzeugungen und Verbräuchen bzw. Nutzungen
wirtschaftlicher Güter und setzt sich aus einer Vielzahl von Einzelprozessen zusammen, die eine
Umwandlung bzw. Umformung realer Gegebenheiten (Stoff, Energie, Information) oder eine
Veränderung ihrer Koordinatenwerte im Raum-Zeit-Kontinuum (Transport, Lagerung) bewirken ..."
mit Begrenzungen
HNI
Ein Produktionssystem ist eine technisch, organisatorisch (und kostenseitig) selbständige Allokation
von Potentialfaktoren zu Produktionszwecken: „Das im Bereich eines Produktionssystems ablaufende
Geschehen ist ein mehrdimensionales Phänomen und wird mit der Bezeichnung Produktion(sprozess) belegt ...“.
„Ein ökonomisches System heißt ein Produktionssystem, wenn es innerhalb eines bestimmten
Zeitraumes ... aus Gütern besteht und Güter produziert und ... eine Umgebung besitzt, aus der es
Güter entnehmen und an die es Güter abgeben kann“.
Ein Produktionssystem besteht aus (elementaren) Arbeitssystemen, die die kleinste Einheit einer
Kombination der Potentialfaktoren Betriebsmittel und Arbeitskräfte darstellen und eine oder mehrere
Klassen von Transformationen durchführen können.
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mit Begrenzungen
HNI
Der Transformationsprozess lässt sich klassifizieren:
-Zustandstransformation
Materielle oder immaterielle Güter (z. B. Blechteile als materielle Güter und Wissen als
immaterielles Gut) werden genutzt, um Güter anderer Qualität zu erzeugen (z. B. Automobil
oder Verfahrensvorschrift).
- Zeittransformation
Der Output erfolgt zu anderen Zeitpunkten als der Input, ohne dass dabei eine Zustandstransformation stattfindet. Realisierung sind Lager- oder Warteprozesse.
- Ortstransformation
Eine Ortstransformation wird durch jeden Transportvorgang bewirkt.
Planung und Steuerung
HNI
„Planung wird als gedankliche Vorwegnahme künftigen Geschehens durch systematische
Entscheidungsvorbereitung und Entscheidungsfällung verstanden. Sie beinhaltet einen Entscheidungsprozess, in dem zur Lösung eines Problems zielorientiert Alternativen zu suchen, zu beurteilen und
auszuwählen sind. Dies geschieht unter Zugrundelegung einer Zielfunktion“.
Ein Plan ist ein Entwurf, der diesen Prozess als Ergebnis dokumentiert.
Aufgaben der Planung
- Definieren: Festlegen der Ziele, der Maßnahmen und der benötigten Mittel
- Koordinieren: Zielgerichtetes Abstimmen der Ziele, Teilpläne, Maßnahmen und Mittel
- Veranlassen: Initialisierung der Planrealisierung / -umsetzung
- Sichern: Schaffen von Reserven für den Fall der Planabweichung.
Um die Ziele eines übergeordneten Plans zu erreichen, müssen in einer nachgeschalteten Planung im
Sinne einer Ziel-Mittel-Relation koordinierende Maßnahmen angesprochen werden, die ihrerseits in
einem detaillierteren Plan resultieren.
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Merkmale von Planungssystemen
„Detailliertheit“ bezeichnet die Genauigkeit der Planung (Grobplanung - Feinplanung)
„Differenziertheit“ drückt die Tiefe der Gliederung in Subsysteme und deren zugeordnete Teilpläne
aus.
Die sachliche Differenzierung untergliedert bspw. in einem Absatz-, einen Produktions- und einen
Beschaffungsplan, die in dieser Reihenfolge aufeinander aufbauen (funktionale Gliederung, ObjektGliederung).
Die zeitliche Differenzierung wird von Planungshorizont, -zyklus und Zeitabschnitt charakterisiert
(zeitliche Gliederung).
Häufig ist der von Planungshorizont und Heute-Linie aufgespannte Zeitraum größer als der
Planungszyklus, so dass zusätzlich zur Reihung eine zeitliche Überlappung von Plänen vorliegt.
Dann wird von rollierender Planung gesprochen.
HNI
Koordination
Eine retrograde Planung leitet aus strategischen Plänen taktische und operative Pläne ab. Die
Ableitung erfolgt unter inhaltlichen Aspekten, analytisch von oben nach unten (top-down) und mit
steigendem Differenzierungsgrad.
Die progressive Planung erarbeitet auf der Grundlage der operativen Pläne längerfristige taktische
und strategische Pläne mit einem sinkenden Differenzierungs- und steigenden Aggregationsgrad. Die
strategische Planung verliert dabei ihre Leitfunktion.
Das Gegenstromverfahren kombiniert diese beiden Verfahren beginnend auf der strategischen Ebene
mit der Aufstellung vorläufiger Pläne. Taktische und operative Planungsstufen enthalten differenzierte
Alternativpläne mit kürzerer zeitlicher Reichweite. Der gegenläufige Prozess der Realisierbarkeitskontrolle setzt auf der operativen Ebene ein. Der Planungsprozess endet mit der Festschreibung strategischer Pläne.
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Steuerung
„Steuerung ist ein Vorgang in einem System, bei dem eine oder mehrere Inputgrößen die Outputgrößen
aufgrund der Gesetzmäßigkeiten des Systems beeinflussen“ (siehe [DIN19226]).
Beispiel: Bei einem Autoradio verändert der Fahrer (Steuerglied) eines Pkw bei steigendem
Fahrgeräuschpegel (Störgröße) die angelegte Spannung (Stellgröße), bis er wieder alles im Radio mit
ausreichender Lautstärke (Steuergröße) verfolgen kann. Mit abnehmendem Geräuschpegel verringert
er die Lautstärke des Radios wieder auf ein angenehmes Maß.
Regelung
Viele technische Prozesse erfordern das Halten einer Regelgröße auf einen vorgegebenen Sollwert,
der Führungsgröße, auch wenn Störgrößen dagegenwirken. „Regeln ist ein Vorgang, bei dem die
Regelgröße (Output) fortlaufend erfasst, mit der Führungsgröße (Input) verglichen und abhängig von
diesem Vergleich über entsprechende Änderungen der Stellgröße im Sinne einer Angleichung an die
Führungsgröße angepasst wird“ [DIN 19226].
HNI
Produktionsplanung und -steuerung als operative Planung
„Dem Produktions-Management obliegt die zielorientierte Planung und Steuerung der
Leistungserstellung.“
Produktionsplanung umfasst dabei die systematische Suche und Festlegung der gegenwärtigen
Handlungsmöglichkeiten. Sie entspricht dem Willensbildungsprozess. Dieser impliziert wertende
Stellungnahmen aufgrund der Zielvorstellungen.
Produktionssteuerung ist die Willensdurchsetzung des Plans in der Realität. Ohne Störungen wäre
mit dem Auslösen und Realisieren die Durchsetzung beendet. Da aber Abweichungen eher die Regel
als die Ausnahme sind, müssen Kontroll- und Sicherungsmaßnahmen vorgesehen werden.
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Produktionsplanung und -steuerung als operative Planung
Hauptaufgabe der strategischen Produktionsplanung ist das Schaffen und Erhalten einer wettbewerbsfähigen Produktion.
Zu den Aufgaben der taktischen Produktionsplanung werden Entscheidungen über die Produkte
und die Produktgestaltung, die Personal- und Betriebsmittelkapazitäten sowie über die Organisation
der Produktion gezählt.
Die operative Produktionsplanung, auf der hier das Hauptaugenmerk liegen soll, wird üblicherweise
als Produktionsplanung und -steuerung (PPS) bezeichnet. Ihre Aufgaben sind - unter
Zugrundelegung der Entscheidungen und Festlegungen der strategischen und taktischen
Produktionsplanung - der möglichst „optimale“ Einsatz der vorhandenen Produktionsfaktoren und der
wirtschaftliche Vollzug der Aufgabenerfüllung.
HNI
Aufgabe 1
Kennzeichnen Sie die korrekten Aussagen zu Transformationsprozessen in der
a. Ein Transformationsprozess besteht aus Input, Transformation und Output
b. Output der Produktion sind Produkte, wobei materielle und immaterielle Produkte sowie
Dienstleistungen unterschieden werden.
c. Ein Transformationsprozess lässt sich klassifizieren in Zeittransformation, Ortstransformation und
Zustandstransformation.
d. Eine Zeittransformation umfasst Transport- oder Fördervorgänge.
e. Bei der Zustandstransformation werden materielle oder immaterielle Güter genutzt, um Güter
anderer Qualität zu erstellen.
f.
Bei der Zustandstransformation sind ausschließlich materielle Güter (wie z.B. Holzplatten) relevant.
Das Know-how eines Mitarbeiters ist dabei unerheblich.
g. Die Realisierung der Zeittransformation sind Lager- und Warteprozesse.
h. Zu den Maßnahmen der Ortstransformation zählen Renovierungsarbeiten an oder Ausbauten der
Montagehalle. Auch z.B. die Verlegung eines ganzen Montagestandortes zählt zur
Ortstransformation.
i.
Eine Ortstransformation umfasst Transport- oder Fördervorgänge.
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Aufgabe 2
Kennzeichnen Sie die korrekten Aussagen zur Planung
a. Ein Plan ist eine gedankliche Vorwegnahme künftigen Geschehens durch systematische
Entscheidungsvorbereitung und Entscheidungsfällung.
b. Die Analyse unterschiedlicher Alternativen wird nicht vorgenommen. Grundlage sind stattdessen
komplexe Prognoseverfahren.
c. Zu den Aufgaben der Planung gehören: definieren, koordinieren, veranlassen und sichern.
d. Mit einem zunehmenden Detaillierungsgrad werden die Genauigkeit einer Planung und damit der
Bezug zur Realität erhöht.
e. Eine Unterteilung der Planungsaufgaben kann sachlich nach Funktionsbereichen sowie nach der
zeitlichen Reichweite der Konsequenzen der zu planenden Aktivitäten erfolgen.
HNI
Aufgabe 3
Kennzeichnen Sie die korrekten Aussagen zur Koordination
a. Die Aufgabe Koordination setzt die Ereignisse des Leistungserstellungsprozesses in sich und mit
den Ereignissen der Umwelt in Relation.
b. Im Rahmen der Koordination wird unterschieden zwischen der retrograden Planung, der
progressiven Planung, der persistenten Planung und dem Gegenstromverfahren.
c. Die persistente Planung leitet aus Plänen vergangener Perioden operative Pläne ab. Eine
Anpassung der alten Pläne hinsichtlich aktueller Anforderungen wird dabei unterlassen.
d. Auf Grundlage der operativen Pläne erarbeitet die progressive Planung längerfristige taktische und
strategische Pläne mit einem sinkenden Differenzierungs- und steigenden Aggregationsgrad.
e. Das Gegenstromverfahren ist eine Kombination aus der retrograden Planung, der progressiven
Planung und der persistenten Planung.
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Beispiele
HNI
CAD
Entwicklung
Produktdefinition /
-erstellung
CAD
Konstruktion
CAP
Materialfluss
Fertigungsplanung
PPS
Lieferant
Produktionsprogrammplanung
PPS
PPS
Termin- u.
KapazitätsPlanung
Mengenplanung
PPS
Auftragsveranlassung
PPS
CAM
PPS
Auftragsüberwachung
Fertigung
Kunde
CAQ
Auftragsabwicklung
Qualitätssicherung
W2334-01: Methoden der Planung und Organisation
Beispiele
HNI
Zeit
Zeit
abnehmende
Detaillierung
abnehmende
Detaillierung
Erzeugnisstruktur
Kunde
Lieferant
Arbeitsplan entsprechend Organisationsform
WE Teilefertigung
Transport
Oberfläche
Transport
Montage
WA
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Beispiele
Entwicklung
Kunde
HNI
Konstruktion
Fertig.Planung
Stücklisten
Arbeitspläne
Absatzplanung
Produkt.Prog.
Mengen
planung
Informationsfluss
Rückmeldung
Aufträge
Terminplanung
Einkauf
Bestellung
Termin.
auftrag
Mechan.
Fertigung
Montage
Rückmeldung
Fertigungssteuerung
Prüfen
Lager
Versand
Materialfluss
Beispiele
HNI
 Produktionsprogramm
Erzeugnis A
Erzeugnis X
 Stücklisten
Erzeugnis A
A
2 *B
C
 Arbeitspläne
Teil B
AG 1
AG 2
AG 3
AG 2
AG 3
Teil C
AG 1
AG 4
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Beispiele
HNI
Fordwerke AG
Standorte und Produkte
GB
NL
B
Wülfrath
Einzelteile
50
Berlin
135 km
Genk Düren
Räder Achsen
Endmontage
Köln
D
Plastikteile
Endmontage
Motoren
Getriebe
Ersatzteil-Depot
Saarlouis
F
Endmontage
Beispiele
Business Unit Salzgitter /
Konzernstandorte Motorenbau
HNI
Automotive Comp.
Changchun/China
Cosworth
Technologies
Automotive
 Motor EA
827/EA 113)
Comp.
Changchun/China
 Motor EA 827/EA 113)
Northampton/England
Automotive Comp.
 Motoren
Schanghai/China
Automotive
 Motor EA
827/EA 113)
Comp.
Schanghai/China
Méxiko
 Motor EA 827/EA 113)
Puebla/Mexiko
Méxiko
luftgekühlte
Motoren
 Motor EA
827/EA 113
Puebla/Mexiko
 Motor EA
086
luftgekühlte
Motoren
 Motor EA 827/EA 113
 Motor EA 086
Brasilien
Sao Carlos/Brasilien
Brasilien
 Motor EA
111
 Motor EA
Sao
113
Carlos/Brasilien
 Motor EA 111
 Motor EA 113
Brasilien
Anchieta/Brasilien
Brasilien
 Motor EA
827 AP
Anchieta/Brasilien
 Motor EA 827 AP
Südafrika
Uitenhage/ Südafrika
Südafrika
 Motor EA
827
 Motor 5Uitenhage/
Zyl. Reihe Südafrika
 Motor EA 827
 Motor 5 Zyl. Reihe
Volkswagen
Salzgitter / Deutschland
Volkswagen
Motor EA
827 ff
 Motor EA
188PD (3/4
Zyl./4V)
Salzgitter
/ Deutschland
 Motor EA
111 (4
Motor
EAZyl.)
827 ff
 Motor 5 Zyl.
Reihe/kurz
Motor
EA 188PD (3/4 Zyl./4V)
 Motor VR5/VR6
 Motor EA 111 (4 Zyl.)
 Motor W8
/ W12
W16
u. V10
 Motor
5 /Zyl.
Reihe/kurz
 Marinemotoren
 Motor VR5/VR6
 Industriemotoren
 Motor W8 / W12 / W16 u. V10
 Marinemotoren
 Industriemotoren
Motor Polska
Polkowice/Polen
Motor
Polska
Motor EA
188 PD
(4 Zyl.)
Polkowice/Polen
Motor EA 188 PD (4 Zyl.)
Automobilová
Mladá/Boleslav/
Automobilová
Tschechische
Rep.
Mladá/Boleslav/
 Škoda-Motor
Tschechische Rep.
 Škoda-Motor
Hungaria
Motor
Györ/Ungarn
Hungaria
 Motor EA
827/EA 113Motor
 Motor EA
188 PD(4 Zyl.)
Györ/Ungarn
 Motor V6/V8
 Motor EA 827/EA 113
 Motor EA 188 PD(4 Zyl.)
 Motor V6/V8
Sachsen
Chemnitz/Deutschland
Sachsen
Motor EA
111 (3 u. 4 Zyl.)
Chemnitz/Deutschland
Motor EA 111 (3 u. 4 Zyl.)
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Beispiel: Produktionslogistik
HNI
Komplexität bei der Konfiguration von Kundenaufträgen
Beispiel: DaimlerChrysler AG, C-Klasse - Vorproduzieren ist nicht möglich!
Bei 15 Code aus 80 Möglichkeiten stehen die Chancen bei:
1 zu 6.635.000.000.000.000
(Beispiel C-Klasse)
3
 73,9975 Mio. km bzw. 102fache der Erdoberfläche
HNI
Prozessdurchlaufzeit ROC/SPOC
Beispiel: BMW AG
4 AT
Tagespakete
2 AT
Montage/Finish
2 AT
Distribution
Übergabe
an Kunden
Anlieferung
beim Handel
Produktionsende
F2/Status 60
Montagestart
Status 53
Tageseinplanung
Status 50
Orderzugang
Terminbestätigung
Status 12
SPOC = Shortest Possible Order Cycle (kürzest möglicher Orderdurchlauf)
1 AT
Händler
1 AT
Order
6 AT
Produktion
3 AT
10 AT
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08.04.2014
HNI
Kernfertigung: Vom Push-Prinzip zum Pull-Prinzip
Beispiel: DaimlerChrysler AG
Vertriebs- und Produktionsprogrammplanung
Markteinflüsse
Historie,
Anläufe
Kapazitäten
KundenKundenaufaufträge
Produktentstehungsprozess
träge
Auftragssteuerung
Produktionsprogramm
Planung Sonderausstattungskapazitäten
Auftragsplanung
Auftragseinplanung
Produktionssteuerung
Termincontrolling
RohOberMontage
bau
fläche
Auslieferung
Arbeitskräftebedarfsplanung
Materialbeschaffungsprozess
Ca. 1000 Lieferanten
HNI
Kernfertigung: Vom Push-Prinzip zum Pull-Prinzip
Beispiel: BMW AG
Jetzt:
Bisherige Fahrzeugsteuerung
Einhalten der geplanten Startreihenfolge
Orders in Soll-RohbauStartreihenfolge
Produktionsvorgabe
Rohbau
Produktionsvorgabe für
Lackiererei
Rohbau
Speicher
Abgabeanforderung
an Rohbau
Speicher
Produktionsvorgabe
Lack
Produktionsvorgabe für
Montage
Lack
Speicher
Abgabeanforderung
an Lackiererei
Montage
Speicher
Montage
Fahrzeug
Orders in SollMontageStartreihenfolge
Fahrzeug
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Interne und externe Materialversorgung: Standardproduktionsabruf
(SPAB); Beispiel: BMW AG
Teilefamilie Stossfänger: was, wieviel?
Ordernummer:
Sachnummer
Stossfänger:
Stossfänger:
8900351
Menge
vorne rot
hinten rot
Ordernummer:
Sachnummer
Stossfänger:
Stossfänger:
8345675
Menge
vorne blau
hinten blau
Ordernummer:
Sachnummer
...
...
...
Menge
...
...
HNI
Teilefamilie Stossfänger: wann, wo?
1
1
1
1
...
...
Abrufnummer:
Termin:
Ordernummer:
Sequenz:
Fahrgestellnummer:
Montageort:
478978
20.05.2001, 15:33
8900351
23401
CF56789
VL0202
Abrufnummer:
Termin:
Ordernummer:
Sequenz:
Fahrgestellnummer:
Montageort:
478995
20.05.2001, 15:35
8345675
232402
CF56800
VL0202
Abrufnummer:
Termin:
Ordernummer:
Sequenz:
Fahrgestellnummer:
Montageort:
...
..., ...:...
...
...
...
...
Beispiele
HNI
Bodenschweißstraße
Pressteil
Fahrzeugboden
einlegen
Fahrzeugidentifikation
Sitzschienen
schweißen
Schaltungsaufnahme
Triebwerkkonsole
schweißen
Stirnwand
schweißen
Karosserieunterbau
Radhaus vorn
Hinterbau
Vorderboden
schweißen
Betriebskonsole
schweißen
Wasserkasten
schweißen
Inspektion
elektronische
Maßkontrolle
Bolzenschweißen
Schutzgasschweißen
HeckAbschlussteil
schweißen
Windfang
schrauben
Dach
schweißen
maßbestim.
Station A:
Exaktes
Fixieren und
Ausschweißen
Drehrahmen
hinten clipsen
Seite clipsen
Karosserie-Aufbau
Inspektion
elektronische
Maßkontrolle
Kommissionierung
Kleinteile
Dachrahmen
vorn
schweißen
Schweißen
Karosserie-Komplettierung
Zuführung
Pressteile und
Schweißuntergruppen
Hartlöten
Schleifen
Scharniere
anbauen
Türen vorne
Türen hinten
anbauen
Kotflügel
anbauen
Kommissionierung
Anbauteile
Speicher für
exakte
Zuführung der
Anbauteile
Klappenfertigung
Türenfertigung
Kofferraumklappe
Motorhaube
anbauen
Türen / Klappen /
Kotflügel
Inspektion
RohbauFinish
Lackiererei
Automatisierter Bereich
Fertigung mit Robotern
manueller Bereich
Gruppenfertigung in Arbeitsstationen
Linienfertigung Fließband
Gruppenfertigung
Fahrerloses Transportsystem (FTS)
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08.04.2014
Beispiel: Werkstrukturplanung
HNI
Spine
Ladehof
Lkw-Auffahrt
Lkw-Abfahrt
HNI
Fertigungsverwal tu ng
Instandhaltung
Zylinderkopfmontage
Komplettierungslinie
Fertig un g sverw altu ng
18
08.04.2014
HNI
Werkzeugvoreinstellung / - Lager
Instandhaltung
Pleuelfertigung
Nockenwellenfertigung
Kurbelwellenfertigung
Zylinderkurbelgehäusefertigung
Zylinderkopffertigung
Fertigungsverwalt.
Qualitätssich.
Fertigungsverwalt.
Instandhaltung
Qualitätssich.
Werkzeugvorein
stellung / - Lager
Fertigungsverwalt.
Fertigungsverwalt.
Fertigungsverwalt.
Beispiele
HNI
Vollautomatisches Bus- und Verteilsystem für elektronische
Bauelemente mit 4 dezentralen Puffern und 2 Rotary Racks.
Durchschnittlich wird alle 10 Sekunden eine Bauelementeposition
automatisch kommissioniert und bereitgestellt. Die dazu erforderliche
Leistung beträgt über 1100 Ein- und Auslagerungen pro Stunde.
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08.04.2014
Produktionsplanung und -steuerung als operative
Planung
HNI
Hilfsregelstrecke
Die Hilfsregelstrecke ist ein Modell eines zu regelnden Realsystems, das zwischen Regler und
Regelstrecke geschaltet wird. Hilfsregelstrecken sind „Versuchsstrecken“, auf denen die
Auswirkungen einer Maßnahme ohne Totzeit erprobt werden können.
Führungsgröße
Xf
Regler
r
XS
Hilfsregelstrecke r SH
Störgröße
Xö
Regelstrecke
rS
Modell als Hilfsregelstrecke
Planung
HNI
Ein Modell ist ein bewusst konstruiertes Abbild der Wirklichkeit, das auf der Grundlage einer Struktur-,
Funktions- oder Verhaltensanalogie zu einem entsprechenden Original eingesetzt bzw. genutzt wird,
um eine bestimmte Aufgabe zu lösen, deren Durchführung am Original nicht oder zunächst nicht
möglich oder zweckmäßig ist.
Der Modellbegriff lässt sich durch die drei Merkmale Abbildung, Verkürzung, Pragmatik beschreiben
[Sta73].
Das Abbildungsmerkmal besagt, dass ein Modell immer das Abbild von etws - von einem Original,
das selbst wieder ein Modell sein kann - ist. Die Abbildung wird durch eine Zuordnung zwischen den
Attributen des Modells und denen des Originals realisiert.
Mit dem Verkürzungsmerkmal wird die Tatsache bezeichnet, dass bei einer Modellerstellung immer
nur dem Modellersteller relevant erscheinende Eigenschaften des Originals erfasst werden. Nur in
Kenntnis aller Attribute des Modells und der des Originals lassen sich die Verkürzung und die davon
betroffenen Attribute überhaupt feststellen.
20
08.04.2014
Planung
HNI
Unter dem pragmatischen Merkmal von Modellen ist zu verstehen, dass Modell und Original
einander nicht per se zugeordnet sind. Viel mehr wird die Zuordnung von Modell und Original durch
die Fragen „Für wen?“, „Wann?“ und „Wozu?“ relativiert, da ein Modell immer von einem erkennenden
oder modellbenutzenden Subjekt innerhalb gewisser Zeitspannen zu einem ganz bestimmten Zweck
für ein Original eingesetzt wird.
Formales Modell
Ein formales Modell ist ein formales System, dessen Semantik über das modellierte Original bestimmt
wird.
Operables Modell
Ein operables Modell für eine Aufgabe enthält alle zur Lösung der Aufgabe erforderlichen
Ausgangsdaten und ermöglicht zugleich die Darstellung der Zwischenergebnisse und des
Endergebnisses der Aufgabe.
Planung
HNI
Im ersten Schritt einer modellmäßigen Durchdringung kann eine Produktion als eine „Black box“
betrachtet werden, in die Güter hineinfließen, die andere Güter hervorbringt und für diesen Prozess
eine bestimmte Transformationsvorschrift besitzt (siehe Produktionsprogramm-Planung). Diese
Detaillierung ist nur in Ausnahmefällen wie z. B. einer einstufigen Produktion oder einer
Massenfertigung für eine Produktionsplanung und -steuerung ausreichend.
In der Regel muss diese black-box geöffnet und strukturierend zerlegt werden. Ein Beobachter,
der in die geöffnete black-box „Produktion“ blickt, wird zu einem beliebigen Zeitpunkt Güter mit
unterschiedlichen Ausprägungen bestimmter Merkmale wie Geometrie, Werkstoffbeschaffenheit,
Ort, Betriebsbereitschaft, also unterschiedlichen Zuständen vorfinden.
21
08.04.2014
Planung
HNI
Entscheidungsnotwendigkeit
Nur bestimmte Zustände sind relevant: Ausschließlich dort, wo die Produktionsplanung und
-steuerung Entscheidungen zu treffen hat, müssen Güter und Potentialfaktoren mit ihren relevanten
Merkmalen im Modell dargestellt werden (Diskretes Merkmalsmodell).
Entscheidungsnotwendigkeit besteht überall dort
- wo zwischen alternativen Lieferanten oder Materialien gewählt werden muss,
- wo es nicht gelingt, einen mit einheitlicher Geschwindigkeit fortschreitenden Güterfluss
aufzubauen
- wo durch Bedarfsanmeldungen aus nachfolgenden Prozessstufen infolge begrenzter
Kapazitäten temporäre Nichtverfügbarkeiten entstehen können.
Zwischen diesen Entscheidungspunkten wird die Produktion als black-box bzw. als Input-OutputSystem betrachtet; innerhalb jeder Einzel-black-box wird ein selbständig sich vollziehender und
funktional eindeutig zu beschreibender Transformationsprozess ohne Entscheidungsnotwendigkeit
vorausgesetzt.
Planung
HNI
Entscheidungsnotwendigkeit und Zeitmodell
Entscheidungen werden nicht kontinuierlich, sondern zu bestimmten Zeitpunkten oder bei bestimmten
Zuständen getroffen. Zwischen diesen Zeitpunkten vollzieht sich das Geschehen in der Produktion
selbständig (Diskretes Zeitmodell).
Ein anderes Verständnis würde auch die Unterteilung in Einzel-black-boxen konterkarieren. Der
Spielraum liegt dann z. B. darin, dass man nach Belieben über dieser zeitlichen black-box gleichmäßig
oder erst zu deren Ende abliefern kann; aber zu Abschluss des Zeitraums muss die Transformation
(Veränderung der Geometrie, des Orts, des Status usw.) geleistet sein.
Ein diskretes Zeitmodell definiert alle Zeitpunkte, zu denen
- Zustände und deren Änderungen (Ereignisse) dargestellt werden können
- lenkende Eingriffe möglich sind.
22
08.04.2014
Planung
HNI
Entscheidung für Klassen
In vielen Fällen sind Güter bzw. Potentialfaktoren untereinander austauschbar. Dann findet
zweckmäßigerweise eine Zusammenfassung nach Klassen statt (so z. B. „alle gegeneinander
austauschbaren und derzeit verfügbaren Drehmaschinen“ oder „alle Teile mit der Sachnummer 4711").
Für das Zeitmodell gilt dieser Sachverhalt der Klassenbildung völlig analog. Zustandsveränderungen
werden einem Zeitpunkt zugeordnet, obwohl sie in der Realität früher oder später liegen (z. B.
Einfüllen von Schrauben in einen Behälter. Die erste Schraube ist früher im Behälter als die letzte.
Trotzdem kann dies alles als sich zu einem einzigen Zeitpunkt vollziehend betrachtet werden).
Planung
HNI
Modellierungsansatz
Die Konfiguration eines Produktionssystems bzw. einer sich darin vollziehenden Produktion wird über
die angesprochenen Klassen in Form von Input-Output-Systemen beschrieben. Güter-/ Potentialfaktorklassen und Transformationsprozessklassen spannen dabei als Knoten ein Netzwerk von
Einzeltransformationen und Gütern/Zuständen auf („Ablaufstruktur“). Güter-/Potentialfaktorklassen
und Transformationsprozessklassen müssen sich auf einem Pfad des Netzwerks abwechseln
(„bipartiter Graph“; Output der einen Transformation ist Input der Folgetransformation).
Jedem Knoten wird ein diskretes Zeitmodell zugeordnet.
Ein Zustand in einer Produktion wird über eine Markierung der Knoten beschrieben. Diese
Markierung gibt die zu einem Zeitpunkt einer Klasse zugeordneten individuellen Güter-/
Potentialfaktoren oder Transformationsprozesse an. Zustandsveränderungen/Ereignisse führen zu
einer Veränderung dieser Markierung.
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08.04.2014
Planung
HNI
Modellierungsansatz
Die derart abgegrenzten Klassen von Transformationsprozessen werden als Vorgangsklassen, die
Klassen von Gütern und Potentialfaktoren als Faktorklassen bezeichnet.
Auf der jeweiligen Diskursebene einer Teilplanung wird mit der dort gewählten Granularität eine
abgegrenzt betrachtete Vorgangsklasse als Vorgangsknoten, eine entsprechend abgegrenzte
Faktorklasse als Faktorknoten dargestellt.
Die Individuen in einem Knoten sind Vorgänge und Faktoren.
Klasse
Vorgangsklasse
Faktorklasse
Knoten (ausVorgangsknoten Faktorknoten Klassenhierarchie
gewählte
Klasse)
Individuum
Vorgang
Faktor
Individuum, Klasse und Knoten
Planung
HNI
Ereignisse
Ein Modellereignis bildet reale und gedachte reale (also vergangene / zukünftige) Ereignisse
und Zustände eines Produktionssystems ab.
Es besteht aus drei Beschreibungen:
- der Beschreibung des sachlichen Bezugs
- der Beschreibung des zeitlichen Bezugs
- der Beschreibung seines Ereignistyps.
Beispiele:
• 50 Bürotische Buche Furnier; 27.4.99; geplanter Abgang
• 50 Bürotische Buche Furnier; 27.4.99; Bestand
• 20 Lieferungen à 3000 Schrauben; 34. Kalenderwoche; geplanter Zugang
• 50 Getriebegehäuse; Betriebskalendertag 123; geplanter Bedarf
• Montage des Autos für Auftrag „Meier“; Montags 11.00 Uhr; geplanter Beginn
• Maschine 4711; Fabrikkalendertag 1311; Verschrottung
24
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Planung
HNI
Modellierungsansatz / Punkte für Ereignistypen am Faktorknoten
Zugang
Abgang
Mitte
Punkte für Ereignistypen am Vorgangsknoten
Zugang
Abgang
Zugang
beginnende
Abgang
laufende
beginnende
Vorgängelaufende
Vorgänge
Vorgänge
Vorgänge
endende
endende
Vorgänge
Vorgänge
Planung
HNI
Modellierungsansatz / Markierung
Eine Veränderung der Markierung in einem Faktor-Knoten bedeutet, dass in einem vorgelagerten
Vorgangsknoten ein Vorgang beendet und/oder in einem nachgelagerten Vorgangsknoten ein
Vorgang begonnen wurde. Die Markierung dieser Vorgangsknoten ist entsprechend zu ändern.
Bei ausgesprochener Einzelfertigung weist die Markierung für einen Vorgangsknoten über der
ganzen Zeitachse nur einen einzigen Vorgang nach. Liegt dagegen Wiederholfertigung vor,
werden zu jedem Zeitpunkt jeweils mehrere Vorgänge begonnen bzw. beendet.
Gerichtete und bewertete Kanten verbinden die Knoten; sie geben Ströme von Faktoren wieder, die
beim Eintritt in einen/Austritt aus einem Vorgang entsprechend umgesetzt werden müssen. Die
Kanten selbst können keine Faktoren oder Vorgänge speichern.
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Planung
HNI
Modellierungsansatz / Markierung
Sind die Marken in einem Knoten individuell zu unterscheiden, müssen sie über
Merkmalsausprägungen geeignet unterschieden („gefärbte Marken“) werden. Die Beschreibung
eines Knotens ist dann nur noch ein Teil der Beschreibung eines Vorgangs oder eines Faktors.
Tischplatte
Tischplatte
Tischbeine
Tischbeine
2
-
5
-
1
1
1
-
-
1
1
24
Schrauben
Schrauben
1
30
6
Zeitpunkt
Zeitpunkt 1
6
Zeitpunkt
Zeitpunkt 2
Zeitpunkt
Zeitpunkt33
Darstellung unterschiedlicher Zeitpunkte in einem
Produktionssystem
Planung
HNI
Modell der Produktion
Der Begriff Modell der Produktion bezeichnet die Gesamtheit aus Graph des Produktionsablaufs,
Ereignistypen und Menge der gerade eingetragenen Ereignisse.
Interpretationen
Interpretationen
Zeit
Zeit
Modellereignis
Modellereignis
Faktor-
Knoten
Knoten
Punkt
Modell
Punkt im
im M
odell
VorgangsVorgangsknoten
knoten
Kante
Kante
Zeitmodell
Zeitmodell
Arbeitsfortschritt
Arbeitsfortschritt
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Planung
HNI
Aufgabe 4
Beantworten Sie folgende Fragen:
a. Ein Modell muss soweit wie irgend möglich und in allen Belangen mit der Wirklichkeit
übereinstimmen.
b. Ein Modell ist immer richtig, weil es von einem intelligenten Subjekt erstellt wurde.
c. Ein Input-/Output-Prozess kann mit einer alternierenden Folge von Faktor- und
Transformationsknoten dargestellt werden.
d. Ein Ereignis ist die Änderung eines Zustands.
e. Eine Zustandsänderung lässt sich als Änderung der Markierung der Knoten im Modell darstellen.
27

Produktionsplanung und -steuerung

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