Belastungsorientierte Auftragsfreigabe als Konzept zur Fertigungssteuerung bei Werkstattfertigung

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Besonderheiten der Werkstattfertigung
1.2 Entwicklung des Verfahrens

2 Voraussetzungen für den Einsatz der BoA

3 Verfahrensbasis
3.1 Arbeitsdurchlauf
3.1.1 Zentrale Begriffe der BoA
3.1.2 Trichtermodell
3.1.3 Belastungsdiagramm
3.1.4 Durchlaufdiagramm
3.2 Festlegung von Steuerungsparameter
3.2.1 Terminschranke
3.2.2 Belastungsschranke
3.3 Einlastungsprozentsatz
3.4 Direkte und indirekte Belastung
3.5 Abwertungsfaktor

4 Ablauf der BoA
4.1 Dringlichkeitsprüfung
4.2 Belastungsprüfung
4.3 Erkennung und Behebung von Störungen

5 Kritik der BoA
5.1 Diskussion der Verfahrensregeln
5.2 Wichtige Problempunkte bei Anwendung der BoA

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildungen

Abkürzungsverzeichnis

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1 Einleitung

Fertigungssteuerung ist ein Bestandteil der Produktionsplanung und -steuerung. Die Aufgabe der PPS-Systeme ist die Planung des laufenden Produktionsprogramms für mehrere Planungs­zeiträume, Ermittlung der Material- und Ressourcenbedarfe und eine möglichst gute Umset­zung des Produktionsprogramms trotz unvermeidlicher Störungen, wie Personalausfall, Ma­schinenstörungen, Lieferverzögerungen und Ausschuss.^[1]

1.1 Besonderheiten der Werkstattfertigung

„Werkstattfertigung ist ein ortsgebundenes Fertigungssystem. Arbeitsplätze eines Betriebs mit gleicher oder ähnlicher Arbeitsaufgabe und gleichen Arbeitsmitteln (z.B. Maschinen und Werkzeugen) werden räumlich zusammengefasst in Werkstätten angeordnet. Sie sind an ihrer Bezeichnung als Bohrerei, Fräserei, Lackiererei etc. kenntlich. Beim Verrichtungsprinzip sind also die Arbeitsplätze nicht erzeugnisgebunden gruppiert. Meist handelt es sich bei den ver­wendeten Arbeitsmitteln um Universalmaschinen.“^[2]

Die klassische Werkstattfertigung lässt sich als eine einteilige, einstufige Universalproduktion mit meist kundenbezogener Einzel- und Serienfertigung von vielen verschiedenen, teils stark kundenspezifischen Produkten charakterisieren. In realen Werkstattfertigungen kommen auch mehrteilige Produkte vor. Diese werden zur Vereinfachung in mehrere einzelne Fertigungs­aufträge zerlegt, die wie Einzelaufträge durch die Fertigung laufen, wobei der Auftrag für den Montagearbeitsgang erst eingesteuert werden kann, wenn alle Einzelteile fertig bearbeitet sind. Das Merkmal der einstufigen Produktion bezieht sich auf die Aufteilung einer Fertigung in mehrere Produktionsstufen, zwischen denen der Materialfluss nur in eine Richtung erfolgt. Typisch ist die Aufteilung in Teilfertigung, Vormontage und Endmontage, wobei nur die Teil­fertigung eine Werkstattfertigung darstellt.^[3]

Vorteile der Werkstattfertigung:

- Leistungssteigerung durch Spezialisierung
- Flexibilität
- Geringe Störanfälligkeit des Fertigungsablaufes.^[4]

Nachteile der Werkstattfertigung:

- Lange Transportzeiten
- Hohe Transportkosten
- Lange Liegezeiten
- Erfordernis von Zwischenlagern
- Geringe Transparenz der Fertigung.^[5]

1.2 Entwicklung des Verfahrens

„Die Erkenntnis, dass die Höhe der Bestände in der Produktion entscheidenden Einfluss auf die Durchlaufzeit und die Termintreue von Fertigungsaufträgen hat, führte zur Entwicklung von bestandsorientierten Verfahren zur Steuerung des Fertigungsablaufs. Für Fertigungs­sys­teme, die nach dem Werkstattprinzip organisiert sind, wurde die belastungsorientierte Fer­tigungssteuerung entwickelt.“^[6]

Die belastungsorientierte Auftragsfreigabe ist ein Verfahren zur Überwindung der Probleme traditioneller PPS-Systeme im Bereich der Auftragsfreigabe und wurde als ein Konzept zur Bestandssteuerung am Institut für Fabrikanlagen (IFA) in Hannover seit Ende der siebziger Jahre von Kettner und Bechte entwickelt und 1980 erstmal veröffentlicht.^[7]

„Gegenüber der alten Praktikerregeln, möglichst viele Aufträge in die Werkstatt zu „pres­sen“, in der Hoffnung, dass durch diesen Druck wenigstens einige Aufträge rechtzeitig fertig werden, stellt die BoA eine differenzierte Betrachtung dar.“^[8] Auftragsfreigabe erfolgt nur dann, wenn eine gewisse Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass die Aufträge rechtzeitig fertig werden.

Der Schwachpunkt traditioneller PPS-Systeme ist die termingerechte Fertigstellung der Auf­träge. Die durchschnittlichen Durchlaufzeiten sind meistens zu lang und der größte Zeitanteil besteht eigentlich aus unproduktiven Liegezeiten. Das ergibt sich aus folgenden Gründen:

- Überlastung der Fertigung führt zu hohen Beständen an unfertigen Teilen
- Engpässe wechseln infolge ungleichmäßiger Belastung
- Änderungen der Prioritäten bringen Unsicherheiten in die Planung
- Extreme Losgrößenunterschiede verursachen starke Schwankungen im Material­fluss und wechselnde Engpässe.^[9]

„Hinzu kommt eine ständige Suche nach Fehlteilen, sowie das Liegenbleiben von nicht mehr benötigten halbfertigen Losen in der Werkstatt.“^[10]

Ziel der BoA ist es, diese Unzulänglichkeiten traditioneller PPS-Systeme zu überwinden, d.h. die Überlastungen der Fertigung zu vermeiden, die Lagerbestände zu minimieren und die Durchlaufzeiten zu verkürzen.^[11]

2 Voraussetzungen für den Einsatz der BoA

Das Verfahren Basiert auf dem funktionalen Zusammenhang zwischen Beständen, Durchlauf­zeit und Leistung in der Produktion. Dieser Zusammenhang wurde bereits 1961 von einem Mitarbeiter der Carl Zeiß Jena Werke P.-G. Schmitz erkannt und geometrisch abgeleitet.^[12]

Dem Konzept der BoA liegt die Idealistische Vorstellung eines ununterbrochenen, sich im Gleichgewicht befindlichen Materialflusses zugrunde. Diese Vorstellung entspricht der Rea­lität, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:^[13]

- Die Arbeitsinhalte der einzelnen Aufträge sind klein.
- Zu- und Abgangsverlauf der Aufträge in einer Bearbeitungsstation verlaufen paral­lel, d.h. die Kapazitäten aufeinander folgender Bearbeitungsstationen sind harmo­nisiert und die Zusammensetzung des Produktionsprogramms bleibt im Zeitablauf konstant, sodass der Materialfluss zwischen den verschiedenen Bearbeitungsstati­onen im Zeitablauf auf gleichem Niveau bleibt.^[14]
- Die für die Fertigungsaufträge benötigten Materialien und die erforderlichen Werk­zeuge sind verfügbar.
- Das Produktionsmanagement hat genaue Kenntnis über den aktuellen Auftrags­be­stand.
- Die Fertigstellungstermine der Aufträge, die Kapazität und Auslastung der Maschi­nen sind bekannt.
- Bereits bei der Auftragsannahme wird genau auf vorhandene Kapazitäten geachtet.
- Die Maschinenfolge und die Durchlaufzeiten der eintreffenden Aufträge sind be­kannt bzw. ermittelbar.^[15]

3 Verfahrensbasis

3.1 Arbeitsdurchlauf

„Betrachtet man Zu- und Abgang von Bearbeitungsaufträgen an einer Bearbeitungsstation im Zeitablauf, ergibt sich ein treppenförmiger Verlauf für den ankommenden und abgehenden Arbeitsinhalt (Abbildung 1).“^[16]

Die Kurven stellen den kumulierten zugegangenen und abgefertigten Arbeitsinhalt einer Be­arbeitungsstation bzw. eines Arbeitsplatzes dar. Die Zugangskurve steigt jeweils bei der An­kunft eines Fertigungsauftrags um die zur Bearbeitung des Auftrags benötigte Anzahl der Zeiteinheiten. Die Abgangskurve steigt bei der Fertigstellung des Auftrags um das entspre­chende Intervall. Die Zeit, die zur Bearbeitung eines Auftrags benötigt wird, setzt sich aus Rüstzeit und Arbeitszeit zusammen. Wenn die Rüstzeiten von der Bearbeitungsreihenfolge unabhängig sind, kann die Bearbeitungszeit aus dem Arbeitsplan entnommen werden. Erfolgt die Bearbeitung der Aufträge in der Reihenfolge ihres Eintreffens, lässt sich die Bearbei­tungszeit auch bei reihenfolgeabhängigen Rüstzeiten schon zum Zeitpunkt des Zugangs bestimmen. Bei anderen Reihenfolgen der Bearbeitung kann der Arbeitsinhalt eines Auftrags frühestens nach der endgültigen Feststellung der Bearbeitungsreihenfolge ermittelt werden.^[17]

3.1.1 Zentrale Begriffe der BoA

„Die zentralen Begriffe der BoA lassen sich anhand der Arbeitsinhalt-Zeit-Funktion erläutern (Abbildung 1).“^[18]

Der Arbeitsvorrat (AV) ist die Summe aller an einer Bearbeitungsstation vorhandenen Fer­tigungsaufträge. Der Arbeitsvorrat zu einem bestimmten Zeitpunkt wird durch den vertikalen Ab­stand zwischen Zugangs- und Abgangskurve zu diesem Zeitpunkt ausgedrückt.^[19]

Die Reichweite (RW) gibt die zur Bearbeitung des vorhandenen Arbeitsvorrats benötigte Zeitspanne an. Die Leistung (L) eines Arbeitssystems wird bei der BoA nicht durch die Aus­bringungsmenge pro Zeiteinheit, sondern durch die geleistete Arbeitszeit pro Zeiteinheit be­stimmt. Ist die Leistung bekannt, kann die Reichweite des Arbeitssystems durch folgende Beziehung bestimmt werden:

RW = AV / L

Die Zeitspanne zwischen dem Eintreffen des Auftrags an der Bearbeitungsstelle und der Fer­tigstellung des Auftrags wird als Durchlaufzeit (DLZ) eines Auftrags an einer Bearbeitungs­station bezeichnet. Sie setzt sich aus der Bearbeitungszeit und der Wartezeit zusammen. Die Bearbeitungszeit besteht wiederum aus Rüstzeit und Arbeitszeit.^[20]

3.1.2 Trichtermodell

Der Ansatzpunkt des Trichtermodells ist ein Netzwerk, das der Werkstattfertigung entspricht. Die einzelnen Bestandteile eines Endprodukts durchlaufen verschiedene Bearbeitungsstatio­nen bzw. Maschinen und finden stufenweise zu einem Endprodukt zusammen.^[21] Die Trichter sind über Zugangs- und Abgangsströme miteinander verbunden (Abbildung 2).^[22]

Die Stauräume vor den Arbeitsstationen werden als Trichter erfasst, deren Füllhöhe den war­tenden Auftragsbestand kennzeichnet. Die Verengung am Trichterauslass zeigt die verfügbare Kapazität an und die Verbindungskanäle entsprechen dem Durchfluss der Aufträge. Die BoA analysiert die Belastung der einzelnen Maschinen in einem Durchlaufdiagramm und zieht dann Folgerungen für die Auftragsfreigabe für die ganze Werkstatt.

Die Grundidee der Be­lastungsanalyse geht auf folgende Begriffe zurück:

- Die mittlere Durchlaufzeit (mDLZ) entspricht der Durchlaufzeit eines Arbeitsvorgan­ges in Betriebskalendertagen. Sie gibt den Zeitraum zwischen der Been­digung der Arbeiten an der vorhergehenden Arbeitsstation und dem Arbeitsende an der momentanen Arbeitsstation an.
- Bei der mittleren Leistung (mL) handelt es sich um die zu realisierende Belegungs­zeit pro Tag.
- Der mittlere Bestand (B) setzt sich aus den nachgefragten Belegungszeiten und der Füllhöhe im Stauraum zusammen.

Der mittlere Bestand und die mittlere Leistung werden in Arbeitsstunden der jeweiligen Ar­beitsstation umgerechnet (Abbildung 3).^[23] Die Durchlaufzeit ergibt sich aus dem Verhältnis von Bestand und Leistung:^[24]

mDLZ = B / mL

[...]

^[1] Vgl. Lödding, (Verfahren), S. 5.

^[2] Natschinski, (Produktionswirtschaft), S. 13.

^[3] Vgl. Köbernik, (Methoden) S. 42 f.

^[4] Vgl. Steinbuch, (Fertigungswirtschaft), S. 41.

^[5] Vgl. Steinbuch, (Fertigungswirtschaft), S. 41.

^[6] Hopf, (Fuzzy Logic), S. 27.

^[7] Vgl. Adam, (Produktionsmanagement), S. 621.

^[8] Vahrenkamp, (Produktionsmanagement), S. 320.

^[9] Vgl. Vahrenkamp, (Produktionsmanagement), S. 320.

^[10] Vahrenkamp, (Produktionsmanagement), S. 320.

^[11] Vgl. Ebel, (Produktionswirtschaft), S. 167.

^[12] Vgl. Adam, (Produktionsmanagement), S. 621.

^[13] Vgl. Wiendhal, (Fertigungssteuerung), S. 290.

^[14] Vgl. Adam, (Produktionsmanagement), S. 621.

^[15] Vgl. Vahrenkamp, (Produktionsmanagement), S. 326.

^[16] Hopf, (Fuzzy Logic), S. 58.

^[17] Vgl. Hopf, (Fuzzy Logic), S. 58.

^[18] Hopf, (Fuzzy Logic), S. 59.

^[19] Vgl. Hopf, (Fuzzy Logic), S. 59 f.

^[20] Vgl. Hopf, (Fuzzy Logic), S. 59-61.

^[21] Vgl. Vahrenkamp, (Produktionsmanagement), S. 320.

^[22] Vgl. Adam, (Produktionsmanagement), S. 621.

^[23] Vgl. Vahrenkamp, (Produktionsmanagement), S. 322.

^[24] Vgl. Hopf, (Fuzzy Logic), S. 61.