Effizienter produzieren durch bessere Fertigungsplanung

Feinplanung und Fertigungssteuerung mit APS & MES

In Zeiten von Industrie 4.0, Smart Factory und Industrial Internet of Things (IIoT) lässt sich über die Notwendigkeit von IT-Systemen zur Unterstützung von Fertigungsprozessen nicht mehr streiten – ohne IT geht es einfach nicht. Dabei kann insbesondere der Blick in die Zukunft in Form einer Feinplanung als Königsdisziplin der Fertigungs-IT angesehen werden. Wie sich die hier erwarteten Funktionen effizient abbilden lassen, zeigt der Blick auf moderne Softwarelösungen zur Fertigungsplanung von MPDV und Anwendungen aus der Praxis.

Die Zielsetzung von Fertigungs-IT sollte klar sein, kann aber nicht oft genug genannt werden: sie unterstützt beim effizienten Einsatz der Ressourcen, hilft bei der Sicherung von Qualität, der Einhaltung von Lieferterminen und letztendlich beim Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit.

Begriffliche Einordnung

Zunächst einmal werden „Feinplanung und Fertigungssteuerung“ gegen andere am Markt befindliche Begriffe abgegrenzt:

• Von einer Feinplanung spricht man, wenn Aufträge und Arbeitsgänge nicht nur einer bestimmten Schicht und Maschinengruppe mit unbegrenzter Kapazität zugewiesen werden, wie es meist in der Planung im ERP der Fall ist. Vielmehr lastet die Feinplanung Arbeitsgänge auf eine konkrete Maschine und zu einem relativ genauen Zeitpunkt (in der Regel auf Basis von Minuten) ein.

• Unter Fertigungssteuerung versteht man, dass aktuelle Daten aus der Fertigung (z. B. der Arbeitsfortschritt oder die Maschinenzustände) in die Planung einbezogen werden. Das schafft schnelle Regelkreise und die Genauigkeit der Planung steigt signifikant. Je mehr Informationen über den aktuellen Stand der Dinge berücksichtigt werden können, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Planung in der geplanten Form umgesetzt werden kann. Gleichzeitig sorgt die Echtzeitanbindung dafür, dass Maschinenbediener zeitnah auf unerwartete Störungen (z. B. Maschinenausfall oder Werkzeugprobleme) reagieren können. Die gemeinsame Nutzung eines Advanced Planning and Scheduling Systems (APS) wie FEDRA und eines Manufacturing Execution Systems (MES) wie HYDRA unterstützt diese Zielsetzung.

Viele der im Folgenden genannten Funktionen gehören zwar zum Umfang einer modernen Feinplanung, die man in einem MES-Leitstand erwartet, werden aber auch einem APS zugeordnet. Fertigungsunternehmen sollten sich davon nicht verwirren lassen, sondern genau analysieren, welche Funktionen sie brauchen und diese dann einführen – unabhängig von der Einordnung in Systemkategorien.

Mehrressourcenplanung

Die sogenannte horizontale Integration ist die Voraussetzung dafür, dass moderne Planungslösungen in der Lage sind, Arbeitsgänge auf Maschinen zu planen und dabei zugleich andere, oftmals entscheidende Ressourcen zu berücksichtigen. Hierbei sind Verbrauchsressourcen (z. B. Material und Energie) von Bestandsressourcen (z. B. Maschinen, Werkzeuge, Betriebsmittel, Personal) zu unterscheiden. Insbesondere die Planung der Mitarbeitenden birgt besondere Herausforderungen, da flexible Arbeitszeitvereinbarungen sowie ungeplante Fehlzeiten wie Krankheit zu berücksichtigen sind.

In vielen Fällen werden zusätzlich zu den Maschinen teure Werkzeuge oder Hilfsmittel benötigt. Diese Ressourcen ebenfalls in die Feinplanung einzubeziehen, hat den Vorteil, dass Doppelbelegungen frühzeitig verhindert und Wartungszeiträume berücksichtigt werden. Geplante Wartungen von Maschinen oder Werkzeugen erscheinen automatisch in der elektronischen Plantafel, sodass der zuständige Mitarbeitende diese berücksichtigen kann.

In einer mehrstufigen Fertigung entstehen enorme Nutzeffekte, indem die aktuellen Materialbestände in der Planung berücksichtigt werden. Dies ist nicht nur auf das Rohmaterial beschränkt, sondern bezieht sich insbesondere auf die sogenannten WiP-Bestände. Diese Umlaufbestände entstehen bei der Produktion von Zwischenprodukten und können als wichtiges Planungskriterium dienen. Somit werden unnötige Wartezeiten aufgrund fehlender Bestände bereits vor der eigentlichen Produktion erkannt und Produktionsunternehmen können rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen. Auch die Berücksichtigung von Energieverbräuchen und vom Energielieferanten bereitgestellten Energiekontingenten kann enorme Kostenersparnisse zur Folge haben.

Integrierte Personaleinsatzplanung

Auch wenn „Personaleinsatzplanung“ nach einem Thema für die Personalabteilung klingt, so sind es in der Regel die Meister oder Mitarbeitenden der Arbeitsvorbereitung, die entscheiden, welche Mitarbeitenden entsprechend ihrer Qualifikationen und ihrer Verfügbarkeit an welchen Arbeitsplätzen und  Maschinen eingesetzt werden. Dabei kann je nach Branche und Nachfrageschwankungen der Auftragsbestand ausschlaggebend für die benötigte Personalstärke sein. Mit Hilfe einer integrierten Personaleinsatzplanung sehen die zuständigen Mitarbeitenden, wie viele Werker, Maschinenführer, Staplerfahrer etc. zu welchen Zeiten benötigt werden. Ein Abgleich mit den geplanten Anwesenheitszeiten der Mitarbeitenden ermöglicht eine exakte Zuweisung von Mitarbeiter auf Arbeitsplätze. Im Falle von kurzfristigen Ausfällen (z. B. Krankheit) erkennt der Meister, dass er Mitarbeitende mit einer bestimmten Qualifikation als Ersatz benötigt. Er kann sich so rechtzeitig um Alternativen kümmern.

Praxisbeispiele

Einige Beispiele aus der Praxis sollten die Funktionen und Nutzen der Feinplanung und Fertigungssteuerung anschaulich erläutern:

• Ein bekannter Hersteller von Sanitärarmaturen nutzt APS FEDRA und MES HYDRA, um mehrstufige Fertigungsabläufe zu planen und zu steuern. Vom Gießen der Rohlinge über deren mechanische Bearbeitung bis hin zur Endmontage und Verpackung der fertigen Armaturen plant der Hersteller alle Arbeitsgänge inklusive deren Beziehungen zueinander im Leitstand. Somit stellt das Unternehmen einerseits sicher, dass die Reihenfolge der einzelnen Prozessschritte eingehalten wird. Andererseits kann es zeitliche Lücken im Ablauf sowie unnötige Wartezeiten frühzeitig erkennen und beheben. Daraus resultiert eine höhere Transparenz über die komplette Fertigung hinweg, was sich letztendlich positiv auf die Produktivität und die Liefertreue auswirkt.
• Durch die Einführung der Planung mit APS FEDRA konnte ein international agierender Zulieferer der Automobilindustrie seine Produktivität um rund 20 Prozent steigern. Voraussetzung für diesen Erfolg war die Nutzung erfasster Betriebs- und Maschinendaten mit MES HYDRA, um damit die Feinplanung zur reaktionsfähigen Fertigungssteuerung auszubauen. Im Detail wird aus erfassten Mengen der Arbeitsfortschritt berechnet, der wiederum eine exakte Planung von Folgeaufträgen zulässt.
• Ein mittelständischer Metallverarbeiter nutzt APS FEDRA in Kombination mit MES HYDRA, um bereits bei der Einplanung von Arbeitsgängen die Verfügbarkeit von NC-Programmen und Einrichtungsblättern zu prüfen. Dadurch werden unnötige Verzögerungen durch fehlende Rüstinformationen komplett ausgeschlossen. Als Resultat konnte der Metallverarbeiter seine Produktivität bei gleicher Kapazität und Mitarbeiterzahl um nahezu ein Drittel erhöhen.

Fazit zu einer effizienten fertigungsplanung

Eine moderne Feinplanung und Fertigungssteuerung sollte heutzutage und vor allem mit Blick auf Industrie 4.0 in keinem Fertigungsunternehmen mehr fehlen. Zum einen trägt der erzielbare Nutzen signifikant dazu bei, die eigene Wettbewerbsfähigkeit zu steigern. Zum anderen sind moderne Planungs- und Steuerungsmethoden ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Smart Factory.

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