Konzeption  regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz  I

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis   I

Abbildungsverzeichnis   III

Abk  ürzungsverzeichnis  V

1  Einleitung  1

2  Problemstellung  2

2.1  Problembeschreibung bei interorganisationalen  Änderungsplanungsprozessen.2

2.2  Anforderungen an die intraorganisationale Änderungsplanung  3

2.2.1  Anforderungen an den Änderungsplanungsalgorithmus  4

2.2.2  Anforderungen an die regelbasierte Steuerung.  4

3  Stand der Technik  6

3.1  Ansätze zur Änderungsplanung  6

3.1.1  Net Change  6

3.1.2  Ansätze zur Änderungsplanung in der Produktionsplanung und -steuerung.  8

3.1.3  OOPUS-DRS  12

3.2  Wissensbasierte Systeme  15

3.2.1  Expertensysteme  16

3.2.1.1  Architektur von Expertensystemen.  18

3.2.1.1.1  Wissensbasis  19

3.2.1.1.2  Problemlösungskomponente  20

3.2.1.1.3  Erklärungskomponente  20

3.2.1.1.4  Wissensakquisitionskomponente und Wissenserwerb  21

3.2.1.1.5  Dialogkomponente.  22

3.2.1.1.6  Wissensingenieur  22

3.2.2  Grundtechniken der Wissensrepräsentation  24

3.2.2.1  Logik  24

3.2.2.1.1  Aussagenlogik  25

3.2.2.1.2  Prädikatenlogik erster Stufe.  26

3.2.2.1.3  Fuzzy-Logik.  27

3.2.2.1.4  Modallogik.  28

3.2.2.2  Regeln  28

3.2.2.2.1  Ablaufstrategien.  30

3.2.2.2.2  Suchstrategien.  33

3.2.2.2.3  Schlussverfahren.  35

3.2.2.3  Strukturierte Objekte  40

3.2.2.2.4  Semantische Netze  41

3.2.2.2.5  Objekte und Frames  42

3.2.2.2.6  Constraints  44

3.2.3  Blackboard-Architektur  45

3.3  Wissensbasierte Ansätze in der PPS  47

3.3.1  Agenten  47

Konzeption  regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz  II

3.3.2  Prioritätsregeln.  48

4  Zu leistende Arbeit.  50

5  Konzeption regelbasierter Erweiterungen für eine interorganisationale  

  Änderungsplanung  51

5.1  Wissensbasis zur regelbasierten Steuerung  54

5.1.1  Zeiten, Produkte und Mengenänderung.  55

5.1.2  Kapazitäten des Unternehmens  58

5.1.3  Kostenparameter in der Änderungsplanung  61

5.2  Hierarchischer Ablauf  64

5.2.1  Entscheidungsbaum  65

5.2.2  Regeln  72

5.3  Diskussion über Ablaufstrategien und Suchstrategien im Lösungsraum  81

6  Zusammenfassung und Ausblick  86

7  Literaturverzeichnis.  88

Ehrenw  örtliche Erklärung  91

Konzeption  regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz  

Abbildungsverzeichnis   

Abbildung  3-1: Neuaufwurf und Fortschreibung.  

Abbildung  3-2: Änderungsplanung über Absolut- und Differenzwerte  

Abbildung  3-3: Materialfluss und Zirkulation der KANBAN Karten.  

Abbildung  3-4: Teiledisposition in einem Werk.  

Abbildung  3-5: Einordnung von Expertensystemen.  

Abbildung  3-6: Architektur von Expertensystemen  

Abbildung  3-7: Die zentrale Rolle des Wissensingenieurs.  

Abbildung  3-8: Wissensrepräsentationsformalismen der (symbolischen) Künstlichen  

Intelligenz   

Abbildung  3-9: Wahrheitstafeln.  

Abbildung  3-10: Syntax für einen Kalkül zur Prädikatenlogik erster Ordnung  

Abbildung  3-11: Zugehörigkeitsfunktion „Lebensalter einer Person“  

Abbildung  3-12: Beispiel für Regeln mit Implikation (1) und Handlungen (2)  

Abbildung  3-13: Die Datenbasis als Baum bzw. als Graph.  

Abbildung  3-14: Vorwärtsverkettung  

Abbildung  3-15: Rückwärtsverkettung.  

Abbildung  3-16: Breitensuche  

Abbildung  3-17: Tiefensuche von links nach rechts.  

Abbildung  3-18: JTMS-Basis-Algorithmus  

Abbildung  3-19: Beispiel für ein semantisches Netz.  

Abbildung  3-20: Aufbau von Frames  

Abbildung  3-21: „Beispiel eines Constraints für einen Widerstand mit Widerstandswert R“  

Abbildung  3-22: Die Blackboard-Struktur  

Abbildung  5-1: Prinzipieller Aufbau des Änderungsplanungsalgorithmus’  

Abbildung  5-2: Zusammenhang zwischen Änderungsplanungsalgorithmus und Regelwerk  

Abbildung  5-3: Mengenänderung  

Abbildung  5-4: Beispiel Mengenänderung  

Abbildung  5-5: Beispiel Mengenänderung als Fortschrittszahl dargestellt  

Abbildung  5-6: Beispiel Mengenänderung als Ebene im Entscheidungsbaum  

Abbildung  5-7: Beispiel Montagelinienkapazität  

Abbildung  5-8: Mengenänderung, Kapazitäten und Kostenparameter.  

Abbildung  5-9: Genereller Aufbau des Eingangs- und Ausgangsobjektes.  

Abbildung  5-10: Entscheidungsbaum  

Abbildung  5-11: Mengenänderung im Entscheidungsbaum.  

Abbildung  5-12: Kostenparameter Strafkosten im Entscheidungsbaum  

Abbildung  5-13: Beispielhafte Erweiterung des Entscheidungsbaumes  

Abbildung  5-14: Arbeitstagsregeln als Wenn-Dann-Regel  

Abbildung  5-15: Produktregeln als Wenn-Dann-Regel.  

Abbildung  5-16: Regeln für die Kostenparameter PC (j), UC (j), SC (j) und OC (j)  

Abbildung  5-17: Regeln für Maschinenkostensätze und Teamkostensätze  

Abbildung  5-18: Regeln für die Kapazitäten.  

Abbildung  5-19: Tabelle mit Regeln  

Abbildung  5-20: Ausgangsobjekt des Änderungsplanungsalgorithmus' und Eingangsobjekt  

des  Regelwerkes  

Konzeption  regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz  

Abbildung  5-21: Entscheidungsbaum mit Regeln, Beispiel.  

Abbildung  5-22: Entscheidungsbaum mit Vorwärtsverkettung und Tiefensuche  

Abbildung  5-23: Ausgangsobjekt des Regelwerkes  

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz V

Abkürzungsverzeichnis

ATMS Assumption-based-Truth-Maintenance-System BOA Belastungsorientierte Auftragsfreigabe BOF Belastungsorientierte Fertigungssteuerung bspw. beispielsweise bzw. beziehungsweise d.h. das heißt DPS Dynamic Production Scheduling etc. et cetera FIFO First In First Out i.d.R. in der Regel JIT Just in time JTMS Justification-based-Truth-Maintenance-System KI Künstliche Intelligenz KOZ Kürzeste Operationszeit LIFO Last In First Out MFERT Modell der Fertigungssteuerung MRP Material Requirements Planning MRP II Management Resources Planning OPT Optimized Production Technology OOPUS Objektorientierte Plattform für die Generierung und Integration individueller Fabrikplanungs- und -steuerungssysteme PPS Produktionsplanung und -steuerung S. Seite TMS Truth-Maintenance-System u. a. unter anderem usw. und so weiter vgl. vergleiche WB Wissensbasis WBS Wissensbasiertes System z.B. zum Beispiel

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 1

1 Einleitung

„Nichts ist so alt, wie die Schlagzeile von gestern!“ ¹ Dieser Satz charakterisiert die heutige Zeit meiner Meinung nach zutreffend. Die Gesellschaft und die Unternehmen von heute leben in einer schnelllebigen Zeit. Den Grund hierfür liefern u.a. die Kommunikationsmedien, bspw. Fernsehen, Radio und vor allem das Internet, aber auch der Computer und die gesamte Technik, die sich rasend schnell entwickelt. Sie alle tragen dazu bei, dass man ständig auf dem Laufenden ist. Nimmt man z.B. einen Brief, den man von Deutschland nach Amerika schicken möchte. Vor etwa 100 Jahren dauerte die Zustellung mehrere Wochen und heute ist der Brief per E-Mail schon in der nächsten Sekunde dar. Die Gesellschaft erwartet von jedem Einzelnen, dass er möglichst schnell und flexibel auf sich ändernde Gegebenheiten reagiert.

Aber auch die Unternehmen bleiben hiervon nicht unberührt. Kunden erwarten von ihnen ad hoc Entscheidungen. Doch dies ist i.d.R. nicht immer bzw. nie möglich. Betrachtet man z.B. die Änderungsplanung in einem Unternehmen stellt man fest, dass bei einer Änderungsplanung verschiedene Ziele, bspw. Gewinnmaximierung, Reduzierung der Lagerhaltung, Ausla stung der vorhandenen Ressourcen, etc., des Unternehmens berücksichtigt werden müssen. Der Unternehmer muss alle vorhandenen Daten genau analysieren und entsprechend einer Bewertung unterziehen um dann zu entscheiden, ob die Änderung sinnvoll in Bezug auf die ve rschiedenen Unternehmensziele ist. Viele Unternehmen benutzen in der heutigen Zeit Ände-rungsplanungsalgorithmen, um schneller zu einer optimalen Entscheidung zu gelangen. Daten, die sich in Bezug auf den alten Plan verändern, werden manuell eingegeben und durch einen Änderungsplanungsalgorithmus analysiert. Das Unternehmen bekommt einen optimalen Plan bezüglich der geänderten Daten. Ob dieser so erzeugte Plan allerdings auch optimal bezüglich der Unternehmensziele ist, muss vom Unternehmer bewertet werden. Der Unterne hmer probiert dies i.d.R. durch die erneute Eingabe von Daten aus. Diese Methode kann in der Praxis entsprechend langwierig werden, weil der Unternehmer nie mit Sicherheit behaupten kann, dass der neue Plan wirklich optimal bezüglich seiner Unternehmensziele und der gewünschten Änderung des Kunden ist. Aus diesem Grund muss eine Lösung gefunden werden, die die Änderungsplanung eines Unternehmens flexibilisiert und somit auch zu einer schnelleren Entsche idungsfindung beiträgt, um als Unternehmen in der heutigen schnelllebigen Zeit bestehen zu können.

¹ Die Quelle dieses Ausspruchs ist mir unbekannt.

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 2

2 Problemstellung

Bestehende Änderungsplanungen bzw. Umplanungen sind intraorganisational ausgelegt. Dies bedeutet, dass ein Unternehmen in der Produktionsplanung und -steuerung versucht, ve rschiedene festgelegte Optima innerhalb des Unternehmens durch geeignete Änderungsplanungen bzw. Umplanungen zu erreichen. Intraorganisationale Optima können bspw. eine Verkürzung der Durchlaufzeiten, Reduzierung der Lagerhaltungskosten, Verminderung der Umrüstzeiten an einer Maschine, Minimierung des Sicherheitsbestandes, etc. sein.

Gründe, die ein Unternehmen zu einer Änderungsplanung, Umplanung oder Neuplanung ve ranlassen, können nicht nur aus dem Unternehmen selbst stammen, sondern auch von außerhalb der Unternehmung angestoßen werden. Bspw. wird bei einer Verhandlung mit einem anderen Unternehmen festgelegt, dass die Lieferzeiten verkürzt werden sollen, die Liefertermine verschoben werden, die Auftragsmenge erhöht/erniedrigt werden soll, die Kosten gesenkt werden sollen, etc.. Um möglichst schnelle Entscheidungen treffen zu können, die für beide Verhandlungspartner optimal bezüglich ihren Erwartungen und Interessen sind, muss eine bestehende intraorganisationale Änderungsplanung flexibilisiert werden, um alle Möglichkeiten, die eine Änderungsplanung betreffen, berücksichtigen zu können. In diesem Zusammenhang spricht man von einer interorganisationalen Änderungsplanung, da die Änderungsplanung von außerhalb des Unternehmens angestoßen wurde und die Unternehmensziele beider Verhandlungspartner optimiert werden sollen.

Eine interorganisationale Änderungsplanung sollte auf einem bestehenden Änderungspla-nungsalgorithmus aufsetzen und versuchen, die Anwendung des Änderungsplanungsalgorithmus’ zu flexibilisieren und mö glichst schnell zu einem optimalen Ergebnis führen. Ziel dieser Arbeit ist es, eine bestehende Änderungsplanung, die intraorganisational ausgelegt ist, durch ein Regelwerk so zu erweitern, dass sie im interorganisationalen Bereich einsetzbar wird. D.h. die Erweiterung des Änderungsplanungsalgorithmus durch ein Regelwerk soll das Unternehmen bei einer schnelleren und flexibleren Entscheidungsfindung unterstützen.

2.1 Problembeschreibung bei interorganisationalen Änderungsplanungsprozessen

Treten Unternehmen in Verhandlung miteinander, kann es bspw. um eine Auftragserteilung oder um eine Änderung eines bestehenden Verhandlungsergebnisses gehen. Hier sind vor allem als Beispiel eine Mengenausweitung oder eine Mengenreduktion seitens des Kunden der Unternehmung zu nennen. Das Unternehmen (der Lieferant) muss nun möglichst schnell versuchen, eine Lösung auf die offenen Fragen zu finden. Beispiele für solche Fragen könnten

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 3

sein: Ist es betriebswirtschaftlich sinnvoll, die Änderung (Mengenreduktion, Mengenausweitung) in den Fertigungsablauf einzulasten? Wie hoch ist mein Deckungsbeitrag, nachdem die gewünschte Änderung des Kunden berücksichtigt wurde? Fallen durch die Einlastung des Zusatzauftrages (bei einer Mengenausweitung) zusätzliche Kosten an? Wie hoch sind diese Kosten? Trägt der Kunde diese Kosten? Wie hoch ist die Differenz zwischen meinem ursprünglichem Gewinn, wenn eine Mengenreduktion erfolgt?, etc..

Hat der Lieferant Antworten auf seine Fragen gefunden, wird er das Ergebnis seinem Ver-handlungspartner mitteilen. Der Verhandlungspartner muss nun seinerseits prüfen, ob das Ergebnis des Lieferanten mit seinen Zielen übereinstimmt. Stimmen seine Ziele und Zahlen nicht, muss er erneut mit dem Lieferanten in Kontakt treten und versuchen, ein Ergebnis zu erzielen, dass seinen Wünschen und Zielen gerecht wird.

Dieses Verfahren kann in der Praxis viel Zeit in Anspruch nehmen. Die Verhandlungspartner müssen immer wieder auf die Ergebnisse einer mö glichen Änderungsplanung warten. In der Zwischenzeit können sich natürlich auch die Gegebenheiten ändern, die bei Beginn der Ver-handlungen Gültigkeit hatten. Bspw. hat ein anderer Kunde in der Zwischenzeit seinen Auftrag komplett storniert und dadurch sind Kapazitäten auf Maschinen, Montagelinien und das verfügbare Personal frei geworden.

In der heutigen schnelllebigen Zeit, ist es für Unternehmen besonders wichtig, zeitnahe Entscheidungen treffen zu können. Dies bedeutet vor allem eine Verkürzung der Dauer der Ver-handlungswege. Um aber die Verhandlungswege zwischen den agierenden Unternehmen ve rkürzen zu können, bedarf es einer schnelleren Entscheidungsfindung der Verhandlungspartner in ihrem Unternehmen. Die Änderungsplanung muss schneller zu einer optimalen Entsche idung finden, die dann dem Verhandlungspartner präsentiert werden kann.

2.2 Anforderungen an die intraorganisationale Änderungsplanung

Bei einer intraorganisationalen Änderungsplanung stehen die Unternehmensziele im Vorder-grund der Betrachtung. Unternehmensziele sind bspw. die Gewinnmaximierung, möglichst hohe Auslastung der vorhanden Ressourcen, Senkung der Kosten, geringe Lagerhaltung, etc. und können bspw. durch eine Umplanung oder Änderungsplanung im Unternehmen optimiert werden. Die Änderungsplanung analysiert Maschinenbelegungspläne, Schichtpläne, Ausla stung der Maschinen, Auslastung der Montagelinien, Lagerbestände, etc..

Die Anforderungen an die Änderungsplanung innerhalb des Unternehmens sind enorm. Von der Änderungsplanung hängt der Erfolg bzw. der Misserfolg des Unternehmens ab. Aus diesem Grund versucht die Änderungsplanung das Optimum aus den gegebenen Ressourcen und den gewünschten Änderungen seitens des Unternehmens zu ermitteln. Dies geschieht i.d.R.

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 4

durch das Ausprobieren verschiedener Möglichkeiten, bspw. durch Umplanungen i nnerhalb der Montagelinien, durch Stornierung vorhandener Aufträge, die nicht so optimal für das Unternehmen sind, etc.. Die Änderungsplanung des Unternehmens muss schnell und flexibel auf sich ändernde Ausgangsdaten reagieren können und einen optimalen Plan für das Unterne hmen generieren.

2.2.1 Anforderungen an den Änderungsplanungsalgorithmus

Der Änderungsplanungsalgorithmus wird im Bereich der Produktionsplanung und -steuerung eingesetzt. Er kommt zum Einsatz, wenn sich Änderungen innerhalb der Produktionsplanung und -steuerung ergeben. Diese Änderungen werden von Seiten des Unternehmens manuell in verschiedenen Masken eingegeben und der Änderungsplanungsalgorithmus führt dann eine Änderungsplanung bzw. eine Umplanung durch. Als Ausgangspunkt für die Berechnungen dient der alte Plan. Dieser alte Plan wird zum Zeitpunkt der Betrachtung ausgeführt, weil dies der optimalen Plan ist, der ermittelt wurde, bevor die möglichen Änderungen berücksichtigt werden mussten. Zunächst analysiert der Änderungsplanungsalgorithmus den alten Plan und stellt fest, in welchen Bereichen der Algorithmus Änderungen einplanen kann. Der Ände-rungsplanungsalgorithmus soll einen möglichst optimalen Plan bezüglich der eingegebenen Änderungen und der zur Verfügung stehenden Ressourcen berechnen. Außer Acht lassen darf der Änderungsplanungsalgorithmus auch die internen Unternehmensziele nicht. Der Ände-rungsplanungsalgorithmus muss flexibel und schnell auf Änderungen, sowohl bei einer Mengenausweitung als auch bei einer Mengenreduktion, reagieren. Mit Hilfe des Änderungspla-nungsalgorithmus’ sollen Entscheidungen, die eine Änderung des Fertigungsablaufes betreffen, effizienter getroffen werden können.

2.2.2 Anforderungen an die regelbasierte Steuerung

Die regelbasierte Steuerung setzt auf einem bestehenden Änderungsplanungsalgorithmus auf. In derzeit bestehenden Änderungsplanungsalgorithmen werden sich ergebende Änderungen bezüglich der Menge manuell vom Unternehmen eingegeben. Mit Hilfe des Änderungspla-nungsalgorithmus’ wird ein neuer Plan berechnet, den das Unternehmen analysieren muss. Entspricht der neue Plan der Intention des Unternehmens, kann dieser Plan in die Praxis für die Produktionsplanung und -steuerung eingesetzt werden. Ist dieser so berechnete Plan allerdings nicht optimal bezüglich der gesetzten Ziele und Optima des Unternehmens, muss durch erneute manuelle Eingabe von Änderungen ein neuer Plan berechnet werden.

Mit Hilfe einer regelwerksbasierten Erweiterung des Änderungsplanungsalgorithmus’ soll die manuelle Eingabe der Änderungen durch das Unternehmen entfallen. Das zu konzipierende

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 5

Regelwerk soll anhand von Regeln Entscheidungen treffen, die dann als Änderung in den Änderungsplanungsalgorithmus einfließen. Die zu treffenden Entscheidungen werden auf einer Wissensbasis aufbauen, die von Experten geschaffen wird. Durch die zu konzipierenden Regeln, die aus dem Wissen von Experten generiert werden, wird die manuelle Eingabe seitens des Unternehmens entfallen. Der Änderungsplanungsalgorithmus kann somit wesentlich schneller zu einer optimalen Entscheidung gelangen, da die manuelle Eingabe seitens des Unternehmens entfällt, und die Änderungen auf dem Wissen von Experten begründet sind. Somit muss nicht jeder Entscheidungsprozess vom Unternehmen wiederholt werden.

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 6

3 Stand der Technik

3.1 Ansätze zur Änderungsplanung

Hier soll ein kurzer Überblick darüber gegeben werden, welche Ansätze zur Änderungsplanung in der Produktionsplanung und -steuerung zur Zeit berücksichtigt werden. Die Ansätze zur Änderungsplanung beziehen sich dabei auf eine Änderung der Ausgangsdaten im Bereich der Mengenplanung.

3.1.1 Net Change

In den 60er Jahren wurde der sogenannte Net Change Ansatz entwickelt und in den 70er Jahren eingesetzt. Hier wurde erstmals statt einer Neuplanung die Änderungsplanung durchgeführt. Der Grund für diesen Schritt war darin begr ündet, dass bei der Änderungsplanung der Rechenzeitaufwand wesentlich geringer ist als bei der Generierung (Neuplanung, Neuaufwurf). 2

² Vgl. [Holt00, S. 52], [Geit96, S. 332]

³ Entnommen aus [Geit96, S. 333]

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 7

Beim Net Change (Fortschreibung) wird bei einer Auftragsänderung die alte Auftragsdatei berücksic htigt. Die alten Aufträge bleiben erhalten und werden entsprechend geändert und bilden dann die Auftragsdatei neu (siehe Abbildung 3-1). In der Programmierung ist diese Verarbeitungsform wesentlich aufwendiger, dafür aber für den Dialog und die Echtzeitverarbeitung besonders geeignet. Nachteilig ist sicherlich, dass durch die Fortschreibung der Auftragsdatei sich Fehler einschleichen können, die erst später bemerkt werden und die dann die Auftragsdatei unbrauchbar werden lassen. Aus diesem Grund muss die Gültigkeit der Auftragsdatei ständig gewährleistet werden. Da sich Net Change ausschließlich auf die Menge nplanung bezieht, muss zusätzlich nach einer Änderung auc h eine Kapazitätszu- bzw. Kapazi-tätsumordnung erfolgen. 4

Es werden also nur die Komponenten beim Net Change neu geplant, bei denen sich eine Netto-Änderung gegenüber dem alten Plan ergibt. Aus diesem Grund werden hier i.d.R. Differenzwerte und nicht Absolutwerte weitergegeben. Folgendes Beispiel soll dies verdeutlichen:

Abbildung 3-2: Änderungsplanung über Absolut- und Differenzwerte 5

Die Abbildung 3-2 stellt die Änderungsplanung für ein Produkt und einer seiner Kompone nten mit einer Vorlaufzeitverschiebung von einem Zeitabschnitt dar. Auf der linken Seite ist die Änderungsplanung über Absolutwerte und auf der rechten Seite über Differenzwerte angegeben. Die Differenz ergibt sich hierbei relativ zum Wert auf der linken Seite. 6

⁴ Vgl. [Geit96, S. 332], [Holt00, S. 53]

⁵ Entnommen aus [Holt00, S. 54]

⁶ Vgl. [Holt00, S. 53f]

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 8

3.1.2 Ansätze zur Änderungsplanung in der Produktionsplanung undsteuerung

Im folgenden werden verschiedene Ansätze zur Änderungsplanung in der Produktionsplanung und -steuerung erläutert. Zu den Ansätzen gehören MRP II, Belastungsorientierte Auftragsfreigabe, Optimized Production Technology, Kanban und Fortschrittszahlen. Im Kapitel 3.1.3 wird ein spezieller Ansatz zur Änderungsplanung (in dieser Arbeit OOPUS-DRS) näher betrachtet.

MRP II

Mitte der 60er Jahre wurde das Steuerungskonzept MRP (Material Requirements Planning) entwickelt. Das Augenmerk von MRP lag in der einseitigen material- bzw. mengenbezogenen Betrachtung. Durch die Hinzunahme der Kapazitätsplanung in Verbindung mit der Abstimmung der Größen Menge und Kapazität ist MRP zu MRP II (Management Resources Pla nning) weiterentwickelt worden. ⁷ Bei MRP II steht die möglichst hohe Auslastung der Kapazitäten im Vordergrund. Die Voraussetzung für das MRP II-Steuerungskonzept ist ein hierarchisches, rückwärtsterminierendes Sukzessivplanungskonzept. Hierbei wird das Unterne hmen in mehrere Planungsebenen eingeteilt und die Ergebnisse der Ebenen bilden jeweils die Vo rlage für die nachgelagerten Bereiche. In den einzelnen Ebenen werden Module gebildet, die für die Durchlaufterminierung, Mengenplanung, M aschinenbelegung, etc. verantwortlich sind. Im Allgemeinen ist eine Rückkopplung auf die vorherige Ebene nicht vorgesehen, es sei denn, eine Vorlage ist nicht durchführbar. MRP II verwendet für die Einlastung von Aufträgen auf Maschinen in der Fertigungsebene Prioritätsregeln (bspw. FIFO ⁸ , LIFO ⁹ , KOZ ¹⁰ , etc.). 11

Die Änderungsplanung ist bei MRP II zwischen den Ebenen (Stufen) möglich, wenn „nur veränderte Mengen/Termine als geänderte Vorgaben weitergegeben werden.“ ¹² Da es sich bei MRP II um ein sukzessives Konzept handelt, sind geänderte Vo rgaben genauso starr wie neue Vorgaben. Die Änderungsplanung entspricht damit einer Neuplanung. 13

⁷ Siehe auch [Merk95, S. 134]

⁸ FIFO ist die Abkürzung von „First In First Out“.

⁹ LIFO bedeutet „Last In First Out“.

¹⁰ KOZ steht für die kürzeste Operationszeit.

¹¹ Vgl. [LuEv97, S. 65], siehe auch [PaJü90, S. 41f]

¹² Vgl. [Holt00, S. 56]

¹³ Vgl. [Holt00, S. 56]

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 9

Belastungsorientierte Auftragsfreigabe (BOA)

Die belastungsorientierte Auftragsfreigabe (BOA) ist ein bestandsorientiertes System. Ziel von BOA ist es, „ein gleichmäßiger Materialfluß, niedrige Bestände, gute Kapazitätsauslastung, kurze Durchlaufzeiten und hohe Termintreue“ ¹⁴ zu erreichen. Die Idee von BOA besteht darin, vorhandene Aufträge zeitlich und mengenmäßig so freizugeben, dass weder Stillzeiten noch vorhandene Kapazitäten überlastet sind. Grundlage „ ist die Annahme, daß zur Erzielung einer bestimmten Durchlaufzeit an einer Maschine die Einhaltung eines mittleren Bestands an Aufträgen nötig ist.“ 15 Um eine Veränderung der Durchlaufzeit zu erzielen, wird entweder der Zugang oder der Abgang (Belastung oder Leistung) verändert. Die Bearbeitung der Aufträge erfolgt am jeweiligen Arbeitsplatz nach dem FIFO-Prinzip und die Durchlaufterminierung wird vom Bedarfstermin rückwärts betrachtet. Erst unmittelbar vor der Freigabe eines Auftrags wird überprüft, ob alle benötigen Kapazitäten zur Verfügung stehen. Daraus ergibt sich, dass die anschließende Bearbeitung zügig und termingerecht abläuft und somit können auch Störungen und Änderungen kurzfristig berücksichtigt werden. 16

Die belastungsorientierte Fertigungssteuerung (BOF) ist die Weiterentwicklung von BOA. Sie wurde um ein Kontroll- und Diagnose-System ergänzt. 17

Optimized Production Technology (OPT)

Optimized Production Technology (OPT) ist ein ressourcen- bzw. auftragsorientiertes Konzept wie MRP II. Hier wird nicht die Kapazitätsauslastung sondern der Materialfluss optimiert. Betriebsmittel, die einen Engpass verursachen könnten, werden besonders beobachtet, da diese sowohl auf die Durchlaufzeiten als auch auf die Bestände einen wesentlichen Einfluss ausüben, denn eine am Engpass verlorene Zeiteinheit ist eine verlorene Zeiteinheit für das ganze System. Für jeden einzelnen Auftrag wird der während der Bearbeitung mögliche auftretende Engpass ermittelt. Wird ein Engpass festgestellt, wird von dieser Stelle aus vo rwärts und rückwärts terminiert. Hierdurch kann sich schon während der Planung ein anderer Fertigstellungstermin ergeben. Wird kein Engpass festgestellt, wird rückwärtsterminiert. Kurzfristige Änderungen werden durch Sicherheitspuffer vor jeder Engpasseinheit in Form von Lagerbeständen oder Vorlaufzeiten aufgefangen. Hierdurch wird auch eine Verbesserung des Fertigungsflusses bewirkt. 18

¹⁴ Vgl. [Holt00, S. 56]

¹⁵ Vgl. [LuEv97, S. 69]

¹⁶ Vgl. [LuEv97, S. 69], [Holt00, S. 56f], siehe auch [Blum91, S. 99], [PaJü90, S. 47ff]

¹⁷ Vgl. [PaJü90, S. 47]

¹⁸ Vgl. [LuEv97, S. 70], [Holt00, S. 57], siehe auch [Blum91, S. 100f], [PaJü90, S. 44ff]

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 10

Kanban

Anfang der 50er Jahre wurde das Sys tem bei dem Automobilwerk Toyota in Japan entwickelt. Ziel war es, den Materialfluss in der Produktion zu rationalisieren und somit die Materialbestände zu reduzieren. Mit diesem System will man eine JIT-Produktion erreichen, aber trotzdem eine hohe Termineinhaltung und Flexibilität gewährleisten. 19

Bei dem KANBAN-System soll nur die benötigte Menge produziert werden und die Steuerung soll durch Selbstregulierung erfolgen. Es arbeitet nach dem Hol-Prinzip. Als Hilfsmittel dient hierzu die sogenannte „KANBAN“. Dies ist ein Beleg (KANBAN-Karte), der jeweils einem Behälter oder Transportlos zugeordnet ist. Da die KANBAN-Karte ein Signalgeber ist, hat er bspw. Materialbestellmengen, Fertigungsaufträge, Transporte und Montageaufträge auszulösen. Die KANBAN-Karten enthalten wesentliche Informationen, z.B. Artikelname, Behälterart, Bedarfsmenge, Herkunft der Teile, Bestimmungsort der Teile, Menge pro Behä lter, etc.. Bei der KANBAN-Karte werden häufig Produktions-KANBAN und Transport-KANBAN unterschieden. Die Produktions-KANBAN löst Fertigungsaufträge aus und zirkuliert zwischen Arbeitsplatz „n“ und Fertiglager „n“. Die Transport-KANBAN löst den Behä l-tertransport zwischen zwei Arbeitsplätzen aus. Der Weg bewegt sich zwischen Fertiglager von Arbeitsplatz „n-1“ und dem Teilevorrat von Arbeitsplatz „n“. ²⁰ Voraussetzung für den Einsatz von KANBAN ist der regelmäßige Teilebedarf sowie eine ablauforientierte Anordnung der Betriebsmittel. 21

Als Nachteile des KANBAN-Prinzip sind anzuführen, dass es sehr empfindlich auf Produktionsschwankungen reagiert ²² und es von einer unbegrenzten Kapazität der vorgelagerten Abteilungen ausgeht. Eine Zuordnung von Prioritäten für einen Auftrag ist nicht durchführbar. 23

¹⁹ Vgl. [Rupp97, S. 6], [PaJü90, S. 56f], [LuEv97, S. 66], [Fabe98, S. 194]

²⁰ Vgl. [DaWa97, S. 263ff], [Rupp97, S. 8ff], [PaJü90, S. 56ff], [Fabe98, S. 194f], siehe auch [Blum91, S. 99f]

²¹ Vgl. [LuEv97, S. 67], [Holt00, S. 58]

²² Vgl. [PaJü90, S. 57]

²³ Vgl. [JuEv97, S. 67]

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 11

Abbildung 3-3: Materialfluss und Zirkulation der KANBAN Karten 24

Legende zur Abbildung 3-3:

T = Teilevorrat A = Arbeitsplatz F = Fertigteile TV = Teileverbrauch PK = Produktions-KANBAN TT = Teiletransport TK = Transport-KANBAN

Fortschrittszahlen

Das Konzept der Fortschrittszahlen ist ebenfalls für die Mengenplanung geeignet. Mit diesem Konzept erfolgt eine Abstimmung zwischen der schicht- bzw. tagesgena uen Lieferung über die sogenannte Fortschrittszahl. Diese stellt eine kumulierte Anzahl von Teilen bezogen auf einen bestimmten Ausgangszeitpunkt (z.B. erster Arbeitstag im Produktionsmonat) dar. Bedarf und Verbrauch werden als Fortschrittszahl in einer Summenkurve über dem Planungshorizont dargestellt. Durch die Höhe der Fortschrittszahl wird die Einhaltung der Bedarfspläne gemessen. Durch den Vergleich von Soll- und Ist-Werten kann der Rückstand, der Vorlauf aber auch die Ein- und Auslaufproblematik ohne zusätzliche Verfahrensschritte abgewickelt werden. Änderungen in der Zeit und in der Menge zwischen dem geplanten und dem sich veränderten Verlauf werden deutlich. 25

²⁴ Entnommen aus [DaWa97, S. 268]

²⁵ Vgl. [DaWa97, S. 342], [Holt00, S. 58], [LuEv99, S. 68], [Geit96, S. 421], [Fabe98, S. 197], [PaJü90, S. 50ff]

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 12

Fortschrittzahl

Die obenstehende Abbildung 3-4 betrachtet den Auftragsverlauf von Fahrzeugen in einem Tagesraster, wobei der Produktionsmonat 20 Arbeitstage umfasst. Kurve 1 stellt den Teileverbrauch der Montage dar (pro Arbeit stag 500 Stück). Die Teile befinden sich zwei Tage in der Montage. Aus diesem Grund wird der Bruttobedarf an Teilen entsprechend in die Gege nwart versetzt (Kurve 2). Kurve 3 stellt den Lagerzugang aus Sicht der Fahrzeugmontage bei einer Sicherheitsreserve von drei Tagen dar. Der Lagerzugang erfolgt alle zehn Tage. Strecke I gibt den Lagerbestand in Tagen wieder, während Strecke II den gesamten aktuellen Teilebe-stand einschließlich der sich in der Montage befindlichen Teile darstellt. 27

3.1.3 OOPUS-DRS

OOPUS-DPS is t ein spezieller Ansatz zur Änderungsplanung, welcher bei dem DPS-Projekt („Dynamic Production Scheduling“) zwischen dem Heinz Nixdorf Institut und der ITT AU-

²⁶ Entnommenaus [DaWa97, S. 343]

²⁷ Vgl. [DaWa97, S. 342f], siehe auch [LuEv99, S. 68f]

Konzeption regelwerksbasierter Erweiterungen einer Änderungsplanung zum interorganisationalen Einsatz 13

TOMOTIVE GmbH entwickelt wurde. ²⁸ Dieses IT-Werkzeug dient der Unterstützung einer dynamischen Produktionsplanung und -steuerung eines Produktionsprozesses. Es wurde auf der Basis der Prozessmodellierungsmethode MFERT und dem darauf aufbauenden Programmsystem OOPUS entwickelt. Durch OOPUS-DPS wurde die papierbasierte und manue lle Planung und Steuerung abgelöst. Eine Änderungsplanung wird notwendig, wenn sich Bedarfsmengen ändern (z.B. ein Kunde storniert oder ändert den Auftrag, Veränderung von Fertigstellungsterminen, unüblich kleiner/großer Ausschuss, etc.) aber auch, wenn sich die Verfügbarkeit von Maschinen, Werkern und Teilen ändert. 29

Als DRS („Dynamic Reactive Scheduling“) wird das eigentliche Umplanungsproblem bezeichnet. Dabei ist bei „veränderten Ausgangsbeständen, Bedarfen und/oder Produktionsbedingungen eine Umplanung dergestalt durchzuführen, daß alle (ggf. geänderten) Kundenbedarfe zumindest innerhalb eines bestimmten Zeitraums, dem Umplanungshorizont, summarisch in der Größenordnung des alten Plans gedeckt werden“. ³⁰ Der alte Plan soll weitgehend erhalten bleiben. Einerseits stellt der alte Pl an das Ergebnis einer optimierenden Planung für einen längeren Zeitraum im Vergleich zur Umplanung und andererseits den Ausgangspunkt für die schon im Vorfeld erfolgte Zuteilung von Werkern und Bearbeitungslosen zu Produktionslinien dar. Zudem soll am Ende des Umplanungshorizontes der Zustand des alten Planes erreicht werden, damit ein Wiedereinregeln in den alten Plan ohne weiteres möglich ist.

Pläne können nur dann bewertet werden, wenn sie zulässig sind, d.h., wenn alle harten Restriktionen erfüllt sind. Sind Belegungspläne zulässig, muss sowohl das Ergebnis als auch die Belegung, die zu diesem Ergebnis führt, bewertet werden. Ein B ewertungsmaßstab hierfür stellen die Kosten dar, die damit auch die Vergleichbarkeit verschiedener Pläne ermöglichen.

Bei der ergebnisbezogenen Bewertung können Pläne anhand ihres Ergebnisses und der Be-standsentwicklung verglichen werden. Es wird davon ausgegangen, dass die zu vergleiche nden Pläne etwa den gleichen Ressourceneinsatz an den entspreche nden Montagelinien und Teams haben. Die Bewertung für die einzelnen Produktarten erfolgt anhand der prognostizierten Bestände PB(p) ³¹ am Ende des Umplanungshorizontes. Bei dem progno stizierten Bestand lassen sich vier Zustände unterscheiden, denen jeweils ein Kostenparameter zur Seite steht: 32

²⁸ Nähere Informationen zu OOPUS-DPS und OOPUS-DRS finden sich in [Holt00, S. 149ff].

²⁹ Vgl. [Holt00, S. 149ff]

³⁰ Vgl. [Holt00, S. 151]

³¹ Nach [Holt00, Kapitel 6]: PB(p) = Inv(p) + PlanSum(p, s’-1) - BedSum(p, s’-1), mit

Inv(p) = Bestands- bzw. Inventurwert an Produktart „p“ zu Beginn der ersten Schicht,

PlanSum(p, s’-1) = summierte geplante Produktionsmenge an Produktart “p“ über die Menge der betrachteten Schichten des Umplanungshorizontes

BedSum(p,s’-1) = summierter Bedarf an Produktart “p“ über die Menge der betrachteten Schichten des Umpla-

nungshorizontes

³² Vgl. [Holt00, S. 159f]