Entwicklung eines Modells zur Planung der Kapazitätsverfügbarkeit in mittelständischen Produktionsunternehmen

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Aufgabenstellung
1.3 Vorgehensweise

2 Mittelständische Produktionsunternehmen
2.1 Besonderheiten mittelständischer Produktionsunternehmen
2.2 Eigenschaften mittelständischer Produktionssysteme
2.2.1 Kapazität
2.2.2 Flexibilität
2.2.3 Kapazitätsflexibilität

3 Grundlagen der Produktionsplanung und -steuerung
3.1 Theoretische Grundlagen
3.1.1 Definition und Abgrenzung
3.1.2 Zielsystem der Produktionsplanung und -steuerung
3.1.3 Hauptelemente und Grobablauf der Produktionsplanung und -steuerung
3.2 Einordnung bestehender Planungskonzepte
3.3 Technische Umsetzung von PPS-Systemen
3.3.1 Grundlegende Modellansätze für PPS-Systeme
3.3.2 Konventionelle PPS-Systeme
3.3.3 Weiterentwicklungen der PPS-Systeme
3.4 Marktüberblick
3.5 Defizite der PPS-Systeme

4 Grundlagen der Termin- und Kapazitätsplanung
4.1 Definition der Termin- und Kapazitätsplanung
4.2 Terminplanung
4.2.1 Definition der Durchlaufzeit
4.2.2 Methoden der Terminplanung
4.2.3 Maßnahmen zur Durchlaufzeitverkürzung
4.3 Kapazitätsplanung
4.3.1 Grundlagen der Kapazitätsplanung
4.3.2 Ermittlung von Kapazitätsbedarf und -angebot
4.3.3 Maßnahmen zum Kapazitätsabgleich
4.4 Unterschiede zwischen Auftragsfertigung und Lagerfertigung
4.5 Defizite der Termin- und Kapazitätsplanung

5 Modell zur Planung der Kapazitätsverfügbarkeit in mittelständischen Produktionsunternehmen
5.1 Zielstellung und Einsatzgebiet des Modells
5.2 Anforderungen an das Modell
5.3 Funktionsweise und Aufbau des Modells
5.3.1 Arbeits- und Funktionsweise des Modells
5.3.2 Aufbau und Bausteine des Modells
5.4 Modellfunktionen
5.4.1 Planung des Kapazitätsbedarfs und Belastungsanpassung
5.4.2 Planung des Kapazitätsangebots und Kapazitätsanpassung
5.4.3 Auftragssimulation
5.5 Vorgehensweise

6 Prototypischer Einsatz des Modells
6.1 Vorstellung des Einsatzbereichs
6.1.1 Merkmale des Einsatzbereichs
6.1.2 Aufbau des Einsatzbereichs
6.2 Ablaufbeschreibung des Modelleinsatzes
6.3 Vorbereitung des Modelleinsatzes
6.3.1 Einstellen der Stammdaten
6.3.2 Prämissen für den Modelltestlauf
6.4 Ausgangslage im Einsatzzeitraum
6.4.1 Auftragsausgangslage
6.4.2 Normalkapazitätsangebot des Modells
6.5 Einsatz des Modells (Durchführung, Ergebnisse)
6.5.1 Kapazitätsplanung
6.5.2 Auftragssimulation: Beispiel 1 (Auftragsgröße klein)
6.5.3 Auftragssimulation: Beispiel 2 (Auftragsgröße groß)
6.6 Zusammenfassung und Bewertung des Modelleinsatzes

7 Zusammenfassung

8 Ausblick

9 Literaturverzeichnis

10 Anhang

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1-1: Auftrags-Stückzahlen eines mittelständischen Auftragsfertigers

Abbildung 1-2: Aufbau der Arbeit

Abbildung 2-1: Elemente und Struktur eines Produktionssystems /57/ und /88/

Abbildung 2-2: Dimensionen der quantitativen Kapazität /88/ und /34/

Abbildung 2-3: Einteilung von Flexibilitätsarten in der Produktion /4/

Abbildung 2-4: Ursprünge der Kapazitätsflexibilität /4/

Abbildung 2-5: Dimensionen der Kapazitätsflexibilität (für diese Arbeit)

Abbildung 3-1: Planungsebenen in der Produktion /14/

Abbildung 3-2: Zielsystem der Produktionsplanung und -steuerung /81/

Abbildung 3-3: Zusammenhänge des Durchlaufzeitsyndrom /54/ und /77/

Abbildung 3-4: Struktur und Inhalte der Produktionsplanung und -steuerung /27/ und /83/

Abbildung 3-5: Zusammenhang unterschiedlicher Planungssysteme /20/

Abbildung 3-6: Bausteine des MRP II-Konzeptes /83/

Abbildung 3-7: Zusammenhang von APS- und ERP-Systemen /71/

Abbildung 3-8: Verbreitung von ERP-Standardsoftware in Unternehmen mit 100-499 Mitarbeitern /37/

Abbildung 3-9: Struktur und Umfang von SAP R/3 /34/

Abbildung 4-1: Bestandteile der Auftragsdurchlaufzeit /84/ und /34/

Abbildung 4-2: Typische Verteilung der Zeitanteile der Auftragsdurchlaufzeit /74/

Abbildung 4-3: Unterschiedliche Methoden der Terminplanung /39/

Abbildung 4-4: Beispielhaftes Splitten von Aufträgen bei Betriebsmitteln /39/

Abbildung 4-5: Beispielhaftes zeitliches Überlappen von Aufträgen bei Betriebsmitteln /39/

Abbildung 4-6: Schnittstellen der Kapazitätsplanung /44/

Abbildung 4-7: Beispielhafter Zusammenhang von Durchlaufzeit und Kapazitätseinsatz /36/

Abbildung 4-8: Kapazitätsabgleich in Abhängigkeit des betrachteten Zeitraums /62/ .. 50 Abbildung 4-9: Übersicht der Maßnahmen für einen Kapazitätsabgleich

Abbildung 4-10: Prinzipielle Kapazitätsauslastungen /77/ und /34/

Abbildung 4-11: Prinzipielle Maßnahmen für eine Belastungsanpassung (42)

Abbildung 4-12: Unterschiedliche Produktionsstrategien /52/

Abbildung 4-13: Aktuelle Probleme bei der Termin- und Kapazitätsplanung

Abbildung 5-1: Anforderungen für ein Modell zur Kapazitätsplanung

Abbildung 5-2: Input- und Output-Daten des Modells

Abbildung 5-3: Aufbau und Bausteine des Modells

Abbildung 5-4: Physischer und terminlicher Zusammenhang der Produktions- bereiche

Abbildung 5-5: Terminliche und kapazitive Bestimmung des Kapazitätsbedarfs

Abbildung 5-6: Glättung des Kapazitätsbedarfs

Abbildung 5-7: Systematik der Kapazitätsanpassung

Abbildung 5-8: Umsetzung der Anpassungsmaßnahmen für Betriebsmittel

Abbildung 5-9: Umsetzung der personalflexiblen Kapazitätsinstrumente

Abbildung 5-10: Umsetzung der zeitflexiblen Kapazitätsinstrumente

Abbildung 5-11: Kapazitätsanpassung und Zeitkontenauswirkungen

Abbildung 5-12: Vorschlagsberechnung für den Einsatz von Kapazitäts- instrumenten

Abbildung 5-13: Zusammenhang zwischen Kapazitätsplanung und Auftrags- simulation

Abbildung 5-14: Visuelle Informationen des Cockpits

Abbildung 5-15: Beispielhafter Modellauszug für den Produktionsbereich Endmontage

Abbildung 5-16: Grober Prozess zur Entscheidung der Auftragsannahme (Flussdiagramm)

Abbildung 5-17: Detaillierter Prozess zur Entscheidung der Auftragsannahme (Flussdiagramm)

Abbildung 5-18: Detaillierter Prozess zur Kapazitätsplanung (Flussdiagramm)

Abbildung 6-1: Aufbau und Struktur des Einsatzbereichs

Abbildung 6-2: Ablauf des Modelleinsatzes

Abbildung 6-3: Auftrags-Stückzahlen für den Modelltestlauf (Oktober)

Abbildung 6-4: Kapazitätsplanung und Einsatz von Kapazitätsinstrumenten (Vormontage)

Abbildung 6-5: Kapazitätsplanung und Einsatz von Kapazitätsinstrumenten (Endmontage)

Abbildung 6-6: Kapazitätsplanung und Einsatz von Kapazitätsinstrumenten (Prüfautomat)

Abbildung 6-7: Simulierter Auftrag - Beispiel 1 (Auftragsgröße klein)

Abbildung 6-8: Auftragssimulation in den Produktionsbereichen - Beispiel 1 (1/2)

Abbildung 6-9: Auftragssimulation in den Produktionsbereichen - Beispiel 1 (2/2)

Abbildung 6-10: Modellwarnungen für den simulierten Auftrag - Beispiel 1

Abbildung 6-11: Simulierter Auftrag - Beispiel 2 (Auftragsgröße groß)

Abbildung 6-12: Auftragssimulation in den Produktionsbereichen - Beispiel 2 (1/2) .. 109 Abbildung 6-13: Auftragssimulation in den Produktionsbereichen - Beispiel 2 (2/2) .. 110 Abbildung 6-14: Modellwarnungen für den simulierten Auftrag - Beispiel 2

Abbildung 8-1: Produktionsstruktur in der Realität (Beispiel)

Abbildung 8-2: Aufbau übergeordnetes Modell

Abbildung 10-1: Kapazitätsanpassung Vormontage - Beispiel 1 (Auftragsgröße klein)

Abbildung 10-2: Kapazitätsanpassung Endmontage - Beispiel 1 (Auftragsgröße klein)

Abbildung 10-3: Kapazitätsanpassung Prüfautomat - Beispiel 1 (Auftragsgröße klein)

Abbildung 10-4: Kapazitätsanpassung Vormontage - Beispiel 2 (Auftragsgröße groß)

Abbildung 10-5: Kapazitätsanpassung Endmontage - Beispiel 2 (Auftragsgröße groß)

Abbildung 10-6: Kapazitätsanpassung Prüfautomat - Beispiel 2 (Auftragsgröße groß)

Tabellenverzeichnis

Tabelle 5-1: Einordnung von unterschiedlichen Arbeitskräfte-Gruppen

Tabelle 6-1: Stammdaten für den Modelleinsatz (1/2)

Tabelle 6-2: Stammdaten für den Modelleinsatz (2/2)

Tabelle 6-3: Bestimmung des Normalkapazitätsangebots

Tabelle 10-1: Auftragsliste für prototypischen Modelleinsatz

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

„Zukünftig wird auch die Integration des Kunden in den Auftragserfüllungsprozess er- forderlich. Der Kunde kauft genau soviel, wie er braucht. Die Folge ist eine sinkende durchschnittliche Losgröße. Außerdem erwartet er die Lieferung zu seinem Wunsch- termin, i. d. R. also genau dann, wenn er das Produkt verwenden will. Die zur Verfü- gung stehende Zeit ist oftmals nicht nur sehr kurz, sondern sie streut auch noch sehr stark.“ /70/

Diese Entwicklungen führen dazu, dass Produktionsunternehmen heutzutage starken Auftragsschwankungen unterliegen. Diese resultieren aus zunehmend kürzer werden- den Produktlebenszyklen, der anhaltenden Verringerung der Wertschöpfungstiefe, ver- änderten wirtschaftlichen Rahmenbedingungen und damit einhergehenden kleiner werdenden Lagerbeständen. Zudem verstärken saisonale und konjunkturelle Effekte die Volatilität heutiger Absatzmärkte. /65/, /66/, /4/, und /9/

In besonderer Weise sind mittelständische Produktionsunternehmen von diesen Markt- turbulenzen betroffen. Viele mittelständische Produktionsunternehmen sind Auftrags- fertiger, die kundenindividuelle Produkte für oftmals marktmächtige Abnehmer herstel- len. Für diese Unternehmen ergeben sich daher je nach aktueller Nachfrage unter- schiedliche Auslastungen in der Produktion bzw. dem gesamten Auftragsabwicklungs- apparat (z. B. Vertrieb, Arbeitsvorbereitung, Produktion, Versand). /12/, /66/ und /72/

In Abb. 1-1 sind reale Aufträge eines mittelständischen Auftragfertigers, bestehend aus unterschiedlichen Bestellmengen einer bestimmten Produktgruppe, über den von den Kunden geforderten Lieferzeitpunkten dargestellt. Die Schwankungen des Absatzmark- tes setzen sich in der Produktion des betrachteten Unternehmens fort, da die unter- schiedlichen Auftragsgrößen unterschiedliche Kapazitätsauslastungen bewirken. Ob- wohl insbesondere mittelständische Produktionsunternehmen aufgrund ihrer Betriebs- größe im Vergleich zu Großunternehmen für die Flexibilität ihrer Produktion günstigere Voraussetzungen haben, bleiben entscheidende strukturelle Probleme bestehen, die hauptsächlich in ihren begrenzten Ressourcen und ihrer Abhängigkeit von marktmäch- tigen Kunden begründet liegen /72/.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1-1: Auftrags-Stückzahlen eines mittelständischen Auftragsfertigers

Zusätzlich zur Volatilität des Absatzmarktes existieren für mittelständischer Unterneh- men weitere Probleme, die nicht selten hausgemacht sind. Durch die ungleichmäßig anfallenden Aufträge muss im Vertrieb und der Produktion zu jeder Zeit bekannt sein, ob und wie die bestehenden Aufträge sowie eventuell zusätzliche neue Aufträge unter Einhaltung der Liefertermine hergestellt werden können. Zur Erhaltung qualitativer Pla- nungsergebnisse und fundierter Entscheidungen für die Termin- und Kapazitätspla- nung der Aufträge muss daher das aktuelle Leistungsvermögen bzw. die Kapazitäts- verfügbarkeit in der Produktion bekannt sein und berücksichtigt werden. /12/ und /83/

Die Termin- und Kapazitätsplanung bestehender und neuer Aufträge werden heute bereits durch datenverarbeitende Systeme unterstützt /39/. Dennoch läuft die Auftrags- annahme häufig unsystematisch ab. Die Systeme sind nicht auf die individuellen Erfor- dernisse des mittelständischen Unternehmens angepasst. Die Transparenz in der Pro- duktion ist häufig mangelhaft und die Kommunikation zwischen den Fachbereichen, z. B. Produktion und Vertrieb, bleibt aus oder ist unkoordiniert. Daher ist die reale Situ- ation bzw. Auslastung in der Produktion häufig unbekannt. Zusätzliche Aufträge wer- den teilweise trotz Unsicherheiten und fehlenden Informationen angenommen, um Kunden zufriedenzustellen. Dadurch ergeben sich aber oftmals Lieferterminverzöge- rungen, da die Produktion überlastet, und der Auftrag nicht termingerecht bearbeitet werden konnte. /30/ und /77/

Aufgrund der schwer prognostizierbaren, dynamischen Auftragssituation ist die Trans- parenz für die aktuelle und zukünftige Kapazitätssituation in der Produktion sowie die Betrachtung der bereits eingesetzten oder zur Verfügung stehenden Maßnahmen zur Anpassung des Kapazitätsangebots (z. B. Einsatz von flexiblen Arbeitskräften) grund- legende Voraussetzung für eine konsequente Einhaltung von Lieferterminen und einen funktionierenden und belastbaren Betrieb der Produktion. /39/

1.2 Aufgabenstellung

Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Modells zur Planung der Kapazitätsver- fügbarkeit in mittelständischen Produktionsunternehmen.

Dazu müssen zunächst existierende Planungsansätze für die Kapazitätsplanung ana- lysiert werden, damit aus eventuellen Defiziten neue Anforderungen für ein Kapazitäts- planungsmodell abgeleitet werden können. Anschließend soll, mithilfe der ermittelten Anforderungen, ein anpassungsfähiges Kapazitätsplanungsmodell entwickelt werden, mit dem unter Beachtung der geplanten Kapazitätssituation für bestehende Aufträge schnell und einfach eine Aussage über die Verfügbarkeit noch freier Kapazitäten und dadurch die mögliche Entscheidung über die Annahme oder Absage eines zusätzli- chen Auftrages erfolgen kann.

Weiterhin sollen die notwendigen Maßnahmen bzw. die einzusetzenden Instrumente zur Anpassung des Kapazitätsangebots für die Realisierung eines bestimmten Auf- tragsprogramms ermittelt werden können. Das Modell soll dabei übersichtlich struktu- riert und der Bedienungs- und Pflegeaufwand für den Anwender möglichst gering sein.

1.3 Vorgehensweise

Im Folgenden (vgl. Abb. 1-2) werden Vorgehensweise und Inhalte dieser Arbeit be- schrieben.

Nachdem in Kapitel 1 in die Problem- und Aufgabenstellung eingeführt wurde, werden in Kapitel 2 grundlegende Eigenschaften mittelständischer Produktionsunternehmen beschrieben. Dabei wird sowohl auf den Kapazitäts- als auch den Flexibilitätsbegriff eingegangen. Im Besonderen werden dabei Bedeutung und Bestandteile des kombi- nierten Begriffs Kapazitätsflexibilität erläutert.

In Kapitel 3 findet eine Einordnung der Termin- und Kapazitätsplanung in den hierar- chischen Aufbau der Produktionsplanung und -steuerung statt. Dazu werden die Grundlagen der Produktionsplanung und -steuerung näher vorgestellt. Nach der Be- schreibung wesentlicher Hauptelemente und einer Darstellung des Grobablaufs der Produktionsplanung und -steuerung werden ein Überblick über bestehende Planungs- konzepte sowie ein aktueller Marktüberblick für konkrete Produkte bzw. Systeme ge- geben. Anschließend erfolgen eine Erläuterung der technischen Umsetzung der Pro- duktionsplanung und -steuerung und darin bestehende Defizite für die Qualität der Pla- nungsergebnisse.

Kapitel 4 gibt einen Einblick in die theoretischen Grundlagen der Termin- und Kapazi- tätsplanung. Hierzu werden Inhalte und Abläufe der Termin- und Kapazitätsplanung beschrieben. Dabei wird auch auf Planungsmethoden und Maßnahmen zur Ermittlung und Anpassung von Kapazitätsangebot und -bedarf eingegangen. Schließlich werden auch Unterschiede in der Kapazitätsplanung für die unterschiedlichen Produktionsprin- zipien, Auftrags- und Lagerfertigung, erläutert und ein Handlungsbedarf für die Planung der Kapazität, insbesondere von Auftragsfertigern, aufgezeigt.

In Kapitel 5 wird das entwickelte Modell zur Planung der Kapazitätsverfügbarkeit in der Produktion vorgestellt. Nachdem das konkrete Einsatzgebiet des Modells definiert wur- de, erfolgt eine Beschreibung der Anforderungen des Modells. Anschließend werden Aufbau und Funktionsweise des Planungsmodells dargestellt. Dazu werden die ver- schiedenen Modellfunktionen und ihre zugehörigen Größen detailliert vorgestellt und die bestehenden Zusammenhänge veranschaulicht.

Schließlich wird das Modell in Kapitel 6 anhand von realen Auftragsdaten und ausge- wählten Beispielen prototypisch eingesetzt und verprobt, um die Modellfunktionen, den Nutzen und die Erkenntnisse des Modells beispielhaft darzustellen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1-2: Aufbau der Arbeit

2 Mittelständische Produktionsunternehmen

In diesem Kapitel werden die Besonderheiten und die spezielle Situation mittelständi- scher Unternehmen und die daraus resultierenden grundlegenden Eigenschaften ihrer Produktion bzw. Produktionssysteme näher beschrieben. Hierbei wird unter anderem auf die Begriffe Kapazität, Flexibilität und Kapazitätsflexibilität näher eingegangen.

2.1 Besonderheiten mittelständischer Produktionsunternehmen

Die Besonderheiten mittelständischer Produktionsunternehmen sind, in Abgrenzung zu Großunternehmen, sehr vielschichtig. Im Folgenden wird auf einige Besonderheiten mittelständischer Produktionsunternehmen kurz eingegangen, die direkt oder indirekt Einfluss auf die Eigenschaften ihrer Produktionssysteme haben (vgl. /72/ und /79/):

Mittelständische Produktionsunternehmen sind überaus wichtig für den Standort- Deutschland. Rund 80 Prozent der Ausbildungsplätze, 70 Prozent der Arbeitsplätze, 60 Prozent der Wertschöpfung und ca. 50 Prozent der steuerpflichtigen Umsätze entfallen auf mittelständische Unternehmen. Zudem sind mittelständische Produktionsunter- nehmen häufig wichtige Zulieferer für Großkonzerne oder spezialisierte, innovative Technologieführer. /12/

Zu den Erfolgsfaktoren von mittelständischen Produktionsunternehmen werden oft Reaktionsschnelligkeit, Flexibilität und Schlagkraft gezählt. Aufgrund ihrer übersichtli- chen Betriebsgröße und den flachen Hierarchien können wichtige Entscheidungen schnell umgesetzt werden. Zudem werden in Deutschland rund 70 % der mittelständi- schen Unternehmen vom Inhaber geführt, wodurch eine hohe Konzentration der Ent- scheidungsgewalt vorliegt, die schnelle Entscheidungen ermöglicht. Aufgrund der ho- hen Flexibilität ist es für mittelständische Betriebe oftmals leichter auf aktuelle Marktsi- tuationen zu reagieren, wodurch z. B. die Besetzung einer kurzfristigen Marktlücke oder die Bedienung einer Marktnische relativ schnell und effizient möglich wird.

Das Qualifikationsniveau der Mitarbeiter mittelständischer Unternehmen ist meist sehr hoch und drückt sich in einer Vielzahl ausgebildeter Fachkräfte aus. Darüber hinaus ist das Betriebsklima oftmals angenehmer als in Großunternehmen und führt zu einer hö- heren Motivation und Zufriedenheit der Mitarbeiter, ausgeprägten sozialen Bindungen innerhalb des Unternehmens sowie einer geringeren Fluktuation an den Arbeitsplätzen.

Trotz des relativ hohen Lohnniveaus am Standort Deutschland sowie einem großen Anteil ausländischer Kunden und den damit verbundenen Exporten, haben viele mittel- ständische Unternehmen ihre gesamte Produktion im Inland angesiedelt. Gründe hier- für sind die Regionalverbundenheit, verfügbare Fachkräfte und die Möglichkeit von der lokalen Nähe weiterer wichtiger Lieferanten und Kunden zu profitieren, z. B. über kür- zere Lieferzeiten. Die oft beobachtete Entwicklung hin zu geringeren Fertigungstiefen, vor allem bei mittelständischen Produktionsunternehmen, führen zu einer Intensivie- rung des Beschaffungsbedarfs und damit zu einem häufig engeren Kontakt zu den Zulieferern, die nicht selten auch mittelständische Unternehmen darstellen.

Der Standort Deutschland und im Speziellen die mittelständischen Produktionsunter- nehmen sind aufgrund des hohen Lohnniveaus und den geringen natürlichen Ressour- cen abhängig von Know-how der Mitarbeiter und qualitativ hochwertigen Produkten. Häufig stellen die Produkte daher Spezialprodukte für einen weltweiten Markt dar, die durch den Einsatz von Hochtechnologie ermöglicht werden. Dies bedeutet für den Her- steller, dass die Produktion sehr flexibel sein muss, um das häufig sehr variantenreiche Produktprogramm bzw. die individuellen Produktnachfragen herstellen zu können. Dies erfordert ebenfalls einen sehr intensiven Austausch mit den Kunden. Die oftmals stär- kere Kundenbindung fördert dabei gemeinhin die betriebswirtschaftliche Kontinuität, aber auch die Notwendigkeit einer anpassungsfähigen Produktion und flexiblen Pro- duktionskapazitäten, um sich an den Bedarf der Kunden weitgehend anpassen zu kön- nen und damit die Produktivität zu optimieren.

Viele mittelständische Produktionsunternehmen sind Auftragsfertiger und haben somit mit einer ungleichen Auslastung über die Zeit bzw. mit Saisonalitäten zu kämpfen. Vor allem bei Großaufträgen treten daher nicht selten Engpässe in der Produktion auf, die zu langen Lieferfristen bis hin zu Lieferterminverschiebungen führen können. Die oft hohe Produktvielfalt bei mittelständischen Produktionsunternehmen bedingt zudem ein aufwendiges Variantenmanagement und damit einen hohen Pflege- und Verwaltungs- aufwand von Arbeitsplänen sowie Stamm- und Teilestammdaten. /34/ und /39/

2.2 Eigenschaften mittelständischer Produktionssysteme

In der Literatur wird der Begriff Produktionssystem oftmals uneinheitlich bzw. für unter- schiedliche Sachverhalte verwendet. Eine Interpretation von Produktionssystem be- zeichnet den Einsatz und die Standardisierung von Werkzeugen, Methoden und Prin- zipien zur Erreichung einer kontinuierlichen Verbesserung in der Produktion /65/. Der

Erfolg eines Produktionssystems wird dabei durch ein Wertesystem bzw. die Unter- nehmensleitlinien getragen. Das wohl bekannteste Produktionssystem hierfür ist das Toyota-Produktionssystem /89/.

In dieser Arbeit kommt dem Begriff Produktionssystem allerdings eine andere Bedeu- tung zu /49/, /50/ und /88/: Ein Produktionssystem stellt ein soziotechnisches System dar, das einen Input (z. B. Material, Energie und Informationen) in einem wertschöp- fenden Produktionsprozess, z. B. in der Fertigung oder der Montage, in einen Output (z.B. Produkte aber auch Abfälle) umwandelt. Es wird dabei von wertschöpfenden Transformationsprozessen gesprochen, die letztendlich der Erstellung eines vom Markt nachgefragten Produktes oder Zwischenproduktes dienen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-1: Elemente und Struktur eines Produktionssystems /57/ und /88/

Ein Produktionssystem besteht dabei aus einer Menge von Elementen, die in Bezie- hung zueinander stehen. Die Elemente eines Produktionssystems können z. B: den Bereichen Technologie (z. B. Betriebs- und Transportmittel), Logistik (z. B. Materialbe- reitstellung), Organisation (z. B. Fabriklayout und Ablauforganisation) und Personal (z. B. unterschiedlich qualifizierte Mitarbeiter) zugeordnet werden. /50/

Nach Bullinger et al. (1999) strukturieren und regeln Produktionssysteme die Produkt- entstehungsprozesse, „von der Gestaltung der Produktionseinrichtungen, über Arbeits- vorbereitung, Zeitwirtschaft und Materialbestellung, bis hin zur Fertigung und Monta- ge“. Dabei werden Produktionssysteme in der Literatur häufig nach Fertigungstypen, wie z. B. Einzel- oder Serienfertigung, sowie Organisationstypen, wie z. B. Werkstatt- oder Fließbandfertigung, unterschieden. Je nach Typ des Produktionssystems ergeben sich spezifische Probleme und Fragestellungen /10/.

Mittelständische Produktionsunternehmen wählen angesichts ihrer oft hohen Produkt- varianz aber meist kleinen Nachfragemengen passende Organisationstypen wie Werk- statt-, Gruppen- oder Insel- und selten auch klein dimensionierte Fließfertigungen. Der Fertigungstyp entspricht häufig der Einmal-, Kleinserien- oder Sortenfertigung. Eine detaillierte Betrachtung dieser Einteilung findet bei Zäpfel (1982) und Nebl (2011) statt und wird an dieser Stelle nicht weiter vertieft. /88/ und /48/

Produktionssysteme sind im Allgemeinen – und mittelständische Produktionssysteme im Besonderen – von einer Vielzahl an Eigenschaften geprägt /88/. Davon haben vor allem die Kapazität, die Flexibilität aber auch die sogenannte Kapazitätsflexibilität in der heutigen Zeit an Bedeutung gewonnen und werden nun näher vorgestellt /41/.

2.2.1 Kapazität

„Kapazität ist das Leistungsvermögen einer wirtschaftlichen oder technischen Einheit – beliebiger Art, Größe und Struktur – in einem Zeitabschnitt.“ /33/

Kapazität wird allgemein durch die Wirkung von Arbeitskräften (= Personalkapazität) und Betriebsmitteln (= Betriebsmittelkapazität) bereitgestellt und ist die Voraussetzung dafür, dass die Aufgaben der Produktion bewältigt werden können. Eine Messung von Kapazität erfolgt für eine Leistungseinheit in einem Zeitraum z. B. über die Ausbrin- gungsmenge in Stück oder die kumulierte Bearbeitungszeit, die zu einer bestimmten Ausbringungsmenge geführt hat. Obwohl die beispielhaft genannten Einheiten meis- tens verwendetet werden, kann jede Einheit die das Leistungsvermögen in einem Zeit- abschnitt ausdrückt, verwendet werden (z. B. verbrauchte Betriebsstoffmenge). /48/

Die Betrachtung der Kapazität eines Unternehmens kann auf unterschiedlichen Ebe- nen erfolgen. So bildet die Gesamtkapazität eine messbare Größe für das Leistungs- vermögen des gesamten Unternehmens. In derselben Art weisen die untergeordneten Produktionsbereiche eine gewisse Kapazität auf, die letztendlich bis auf die einzelnen Arbeitsplätze und Betriebsmittel bestimmt werden kann. Die Kapazitätsstruktur eines Unternehmens basiert somit auf einzelnen sogenannten Kapazitätseinheiten (z. B. ein Montagearbeitsplatz oder eine Anlage), die sich an der Struktur des Produktionssys- tems orientieren. Die Kapazitätseinheiten des Produktionssystems leisten jeweils einen definierten Beitrag, um die Herstellung des ermittelten Produktionsprogramms zu er- möglichen. Daher kann Kapazität als eine extensive Größe bzw. eine Eigenschaft ei- nes Produktionssystems verstanden werden, die sich aus der Größe des betrachteten (Teil-)Systems ergibt. /48/, /34/ und /88/

Kapazität kann generell in eine qualitative und eine quantitative Komponente unter- schieden werden. Dabei wird mit qualitativer Kapazität die Art und Güte des Leistungs- vermögens, wie z. B. die Fähigkeit eine Tätigkeit mit hoher Präzision zu verrichten, beschrieben. Demgegenüber kann unter quantitativer Kapazität das mengenmäßige Leistungsvermögen in einem Zeitraum verstanden werden. Eine Messung der Kapazi- tät erfolgt dabei meist über die Ausbringungsmenge in Stück oder die summierten Auf- tragszeiten in einem bestimmten Zeitraum. Prinzipiell kann die quantitative Kapazität weiter untergliedert werden in die Einflussgrößen Produktionsintensität, Produktions- querschnitt und Einsatzzeit. /34/, /13/, /88/

In Abb. 2-2 werden die Dimensionen bzw. die Einflussgrößen der maximalen messba- ren (quantitativen) Kapazität graphisch dargestellt und anschließend erläutert /88/.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-2: Dimensionen der quantitativen Kapazität /88/ und /34/

- Unter maximaler Produktionsintensität (Imax) wird die größtmögliche Produk- tionsgeschwindigkeit einer Kapazitätseinheit verstanden, die sich in der maxi- malen Ausbringungsmenge je Zeiteinheit ausdrückt (z. B. die maximale Band- geschwindigkeit eines Fließbands).
- Der maximale Produktionsquerschnitt (Qmax) beschreibt das maximal nutzba- re Fassungsvermögen einer Kapazitätseinheit (z. B. die vollständige Besetzung der möglichen Arbeitsplätze einer Fertigungsinsel)
- Die maximale Einsatzzeit (Tmax) kennzeichnet die größtmögliche Anzahl Zeit- einheiten in einem definierten Zeitraum in denen die Kapazitätseinheit einge- setzt werden kann (z. B. die längste Maschinenlaufzeit innerhalb eines Tages).

Ausgehend von der allgemeinen Definition von Kapazität nach Kern (1962) /33/, haben sich weitere Kapazitätsbegriffe entwickelt, die im Folgenden kurz vorgestellt werden und teilweise in Kap. 4.3.2 vertieft betrachtet werden.

Liegt der Schwerpunkt einer Aussage über Kapazität auf dem Vorhandensein eines Leistungsvermögens, wird die zur Verfügung stehende Kapazität als Kapazitätsange- bot bezeichnet. Davon ist der Begriff Kapazitätsbedarf zu unterscheiden, der die Inan- spruchnahme oder Belegung einer Kapazitätseinheit aufgrund eines Produktbedarfs bzw. einer bestehenden Marktnachfrage beschreibt. /88/ und /48/

Das Kapazitätsangebot kann weiter in ein theoretisch maximales und ein reales bzw. aktuelles Kapazitätsangebot untergliedert werden /48/. Für das theoretisch maximale Kapazitätsangebot wird von der größtmöglichen Verfügbarkeit von Arbeitskräften und Betriebsmittel ausgegangen, die das Produktionssystem bzw. das Unternehmen zu- lässt. Das bedeutet, dass sowohl die Anzahl als auch die tägliche Arbeitszeit der Ar- beitskräfte bzw. Betriebszeit der Betriebsmittel maximal gesetzt wird. Einschränkungen sind z. B. die maximale Anzahl kurzfristig vorhandener Arbeitsplätze oder Betriebsmit- tel sowie vertragliche Regelungen, z. B. maximal erlaubte Überstunden in einem be- trachteten Zeitraum. Mögliche Störungsfälle werden dabei nicht beachtet.

Das aktuelle bzw. reale Kapazitätsangebot geht von der tatsächlich vorhandenen An- zahl und Arbeitszeit der Arbeitskräfte und Betriebsmittel zur Lösung von Produktions- aufgaben aus und berücksichtigt zusätzlich die Wahrscheinlichkeit von Störungs- oder Wartungsfällen, z. B. indem ein prozentualer Abschlag von der Bruttobetriebszeit vor- genommen wird. Schließlich muss bei der Ermittlung des Kapazitätsangebots die rele- vante und limitierende Größe innerhalb einer Kapazitätseinheit berücksichtigt werden. Daher muss zunächst ermittelt werden, ob die Kapazität der eingesetzten Arbeitskräfte oder der Betriebsmittel die limitierende Größe des betrachteten Produktionsbereichs darstellt. Beispielsweise stellt sich in einer hochautomatisierten Fertigung die Frage, ob die maximale Maschinenlaufzeit bei maximaler Ausbringungsmenge oder die Anzahl und Arbeitszeit des kontrollierenden Personals den Engpass definiert. /48/ und /44/

Ein Kapazitätsbedarf kann, je nach Betrachtungsgegenstand, z. B. für ein Produktions- programm, ein Einzelprodukt oder auch nur für einen Arbeitsgang ermittelt werden. Dabei hängt die Größe des Kapazitätsbedarfs von den individuellen Produktdaten, wie

z. B. Bearbeitungs- und Rüstzeiten, der Anzahl der herzustellenden Produkte sowie der Anzahl und Reihenfolge der zu verrichtenden Arbeitsgänge ab. Der Kapazitätsbe- darf muss durch ein entsprechendes Kapazitätsangebot gedeckt werden, damit Pro- dukte erstellt bzw. Arbeitsgänge durchgeführt werden können. /13/ und /48/

Die Grundlage für unternehmensrelevante Entscheidungen, wie z. B. die Grenze für die Annahme von Kundenaufträgen oder zukünftige Investitionen in weitere Betriebs- mittel, benötigt Informationen über die Situation in der Produktion. Aus diesem Grund ist Transparenz über die aktuelle und zukünftige Kapazitätsverfügbarkeit eine funda- mentale Voraussetzung. Im Folgenden werden vier in der Literatur vorkommenden Größen vorgestellt, die als Maßstab bzw. Raster für die Einordnung der jeweiligen Ka- pazitätssituation dienen können. /48/

- Die Maximalkapazität stellt das theoretisch größtmögliche Leistungsvermögen der Produktion bzw. des Unternehmens dar.
- Die Minimalkapazität existiert in einigen speziellen Industriebereichen, z. B. in Stahlwerken, und definiert die mindestens aufrechtzuerhaltende Auslastung, um eine Produktion überhaupt zu ermöglichen bzw. um eine Zerstörung der An- lage zu verhindern.
- Die Normalkapazität beschreibt eine geplante normale Auslastung, also eine Auslastung bei unternehmensspezifischen Normalbedingungen.
- Die Optimalkapazität stellt eine anzustrebende Auslastung dar, bei der eine definierte Zielgröße, wie z. B. Kosten oder Gewinn, optimiert wird.

2.2.2 Flexibilität

Flexibilität ist ein in Verbindung mit Produktionssystemen sehr positiv behafteter und daher sowohl in der Literatur als auch in der Praxis häufig genutzter Begriff /4/. Bezo- gen auf den Menschen definiert Flexibilität die „Fähigkeit des Menschen sich wech- selnden Situationen rasch anzupassen“ /16/.

Bei Übertragung dieser Definition auf Produktionssysteme, kann unter Flexibilität die Fähigkeit verstanden werden mit äußeren und inneren Veränderungen des Systems umzugehen, um den Zustand der Stabilität wiederherzustellen /60/. Dabei stellt Stabili- tät den angepassten Zustand und Flexibilität „den Weg“ oder den Prozess der „Anpas- sung“ dar /7/. Eine Produktion ist also dann flexibel, wenn ein bestimmter Flexibilitäts- bedarf besteht und dieser Bedarf in einem gewissen Zeitraum auch durch vorhandene Ressourcen gedeckt werden kann. Dabei existieren sowohl planerische, organisatori- sche als auch technische Maßnahmen zur Anpassung der Produktion an dynamische veränderte Anforderungen und Situationen der Produktion. /4/, /70/, /60/, /7/ und /2/

Je nach Betrachtungsgegenstand und Aggregationsebene können unterschiedliche Flexibilitätsarten identifiziert werden (vgl. Abb. 2-3). In Produktionssystemen kann auf einer obersten Ebene prinzipiell in Produktmix-, Volumen-, Nachfolger- und Prozessfle- xibilität unterschieden werden /4/, /47/ und /53/.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-3: Einteilung von Flexibilitätsarten in der Produktion /4/

- Die Produktmix-Flexibilität beschreibt die Fähigkeit, eine bestimmte Anzahl unterschiedlicher Produkte mit nur geringen zusätzlichen Kosten oder Investiti- onen zu erzeugen.
- Die Nachfolgerflexibilität bezeichnet die Fähigkeit, ein Nachfolgeprodukt bzw. eine neuere Produktgeneration ohne bzw. mit geringen zusätzlichen Kosten oder Investitionen mit vorhandenem Personal und Betriebsmitteln herzustellen.
- Die Volumenflexibilität stellt die Fähigkeit dar, unterschiedliche Ausbrin- gungsmengen wirtschaftlich herstellen zu können. Damit umfasst die Volumen- flexibilität alle Faktoren, die eine direkte und indirekte Auswirkung auf die Aus- bringungsmenge haben, z. B. die Flexibilität der Kapazitäts- oder Materialver- fügbarkeit.
- Die Prozessflexibilität kennzeichnet die Fähigkeit, ein bestimmtes Produkt auf unterschiedlichen Herstellungswegen bzw. in unterschiedlichen Sequenzen oder Reihenfolgen fertigen zu können.

Vor allem mittelständische Produktionssysteme benötigen eine hohe Flexibilität, um bei der oftmals großen Anzahl an Produktvarianten auch bei produktionstechnisch ungüns- tigem Produktionsprogramm wirtschaftlich arbeiten zu können /72/. Die Bereitstellung von Kapazität zur Erzeugung von Produkten muss somit nicht nur prinzipiell, sondern auch flexibel möglich sein, um im Wettbewerb bestehen zu können. Aus diesem Grund

wird im anschließenden Kapitel auf die besondere Form der Kapazitätsflexibilität, die als ein Teil der Volumenflexibilität verstanden werden kann, als Maß für die Verände- rungsfähigkeit der Ausbringungsmenge sowie des Personals und der Betriebsmittel eingegangen /83/ und /4/.

2.2.3 Kapazitätsflexibilität

Die Fähigkeit einer Produktion das Kapazitätsangebot auf kurzfristige Schwankungen des Kapazitätsbedarfs schnell, kostengünstig und in gefordertem Ausmaß anpassen zu können, wird als Kapazitätsflexibilität bezeichnet. Dabei ist die Kapazitätsflexibilität umso höher, je umfassender und effektiver durch die gegebenen Möglichkeiten auf kurz- oder mittelfristige Auftragsspitzen oder –einbrüche reagiert werden kann, ohne dass Leerlaufzeiten bzw. zu hohe Lieferzeiten und damit hohe Wartezeiten für den Kunden entstehen. /83/, /67/ und /41/

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, um die Kapazitätsflexibilitätspotentiale in Pro- duktionsunternehmen ganzheitlich darzustellen. Eine grundsätzliche Zuordnung von Kapazitätsflexibilitätspotenzialen auf die Dimensionen Mensch, Technik und Organisa- tion ist zweckmäßig, wenn die Ursprünge und Rahmenbedingungen sowie die notwen- digen Relationen für die Entstehung von Flexibilität aufgezeigt werden sollen. (vgl. Abb. 2-4). /70/, /67/ und /4/.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-4: Ursprünge der Kapazitätsflexibilität /4/

Bei der integrierten Betrachtung von Kapazitätsflexibilitätspotentialen bezüglich der Dimensionen Mensch, Technik, Organisation beschreibt die technische Flexibilität die Anpassung der Kapazität der Betriebsmittel durch Änderung der Ausbringungs- menge pro Zeiteinheit oder eine Änderung der Anzahl der einsetzbaren Betriebsmittel in der Produktion, z. B. durch Zukauf, Umbau oder Umtaktung einer Produktionsanla- ge. /41/, /5/ und /4/

Die organisatorische Flexibilität stellt dagegen einen planerischen Ansatz zur Ein- flussnahme auf die Betriebszeit dar, um damit das verfügbare Kapazitätsangebot dem Kapazitätsbedarf anzupassen. Dies kann beispielsweise durch die Schichtplanung,

z. B. durch die Anzahl der Schichtgruppen je Arbeitstag oder zusätzliche Samstags- schichten, geschehen /4/. Dies setzt voraus, dass Mitarbeiter in der richtigen Anzahl und für die richtige Einsatzdauer zur Verfügung stehen. Daher wird zusätzlich zu der organisatorischen Flexibilität eine personelle Flexibilität benötigt. /4/, /59/ und /69/.

Die personelle Flexibilität beschreibt das Flexibilitätspotenzial, das auf der Anpas- sungsfähigkeit des Personalkapazitätsangebots basiert. Dazu kann einerseits die Ver- änderungsfähigkeit der Anzahl der Arbeitskräfte in einem Bereich, die sogenannte Per- sonalflexibilität (z. B. zusätzliche Zeitarbeitskräfte), und andererseits die zeitliche Ab- weichung von der Lage und Dauer der vertraglichen Arbeitszeit der Arbeitskräfte, die sogenannte Zeitflexibilität (z. B. Variationen in der Schichtlänge), genutzt werden, um das Kapazitätsangebot für einen bestimmten Zeitraum zu variieren. Die personelle Fle- xibilität hat somit eine große Überschneidung mit der organisatorischen Flexibilität. /4/, /40/, /43/, /53/, /55/, /58/, /68/, /75/ und /86/.

Nachdem die Ursprünge für das Potential von flexiblen Kapazitäten sowie deren ge- genseitige Abhängigkeiten erläutert wurden, erfolgt eine für diese Arbeit relevante, an- wendungsorientiere Einteilung für Kapazitätsflexibilität. Die Kapazitätsflexibilität der Produktion kann nach Lödding (2008) prinzipiell in die Kapazitätsflexibilität der Be- triebsmittel und des Personals unterschieden werden (vgl. Abb. 2-5). /41/ und /34/

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2-5: Dimensionen der Kapazitätsflexibilität (für diese Arbeit)

Für die Flexibilisierung der Kapazität von Betriebsmittel und Personal werden von Lödding (2008) prinzipiell ein quantitativer und ein qualitativer Aspekt identifiziert /41/. Die quantiative Flexibilität lässt sich weiter in eine mengenmäßige, zeitliche und inten- sitätsmäßige Dimension untergliedern /41/ und /34/:

Die Flexibilisierung von Betriebsmitteln wird allgemein als schwierig und oftmals wenig effizient angesehen, da die Anpassung der Kapazität häufig mit einem hohen (Fix-) Kostenaufwand verbunden ist. Mögliche Maßnahmen sind die Veränderung der Anzahl der Betriebsmittel (mengenmäßige Flexibilität), die Veränderung der Dauer oder Lage des Betriebsmitteleinsatzes (zeitliche Flexibilität), die Anpassung der Betriebsmittelin- tensität (intensitätsmäßige Flexibilität) und die Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten durch Verwendung universeller Betriebsmittel bzw. Anlagen (qualitative Flexibilität).

Für die Flexibilität des Personals werden von Lödding (2008) vier Quellen identifiziert: Die Veränderung des Personalbestands (mengenmäßige Flexibilität), die Veränderung der Arbeitszeit (zeitliche Flexibilität), die Veränderung der Arbeitsgeschwindigkeit (in- tensitätsmäßige Flexibilität) und die Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten durch Mehr- fachqualifizierung des Personals (qualitative Flexibilität).

Für die Veränderung der Betriebsmittel- und Personalflexibilität sind jeweils die men- genmäßige und zeitliche, also die Anzahl und die Dauer des Betriebsmittel- und Per- sonaleinsatzes, von besonderer Bedeutung und sehr wichtige Stellgrößen, um flexibel das Kapazitätsangebot anpassen zu können. Auch wenn vor allem die Anzahl Be- triebsmittel eher selten und nur aufgrund von langfristigen Veränderungen der Auf- tragslage sowie unter Kostenaufwand angepasst werden kann, ist es möglich damit effektiv Kapazität vorzuhalten.

Obwohl die Mehrfachqualifizierung des Personals sowie die Vorhaltung universell ein- setzbarer Betriebsmittel eine Befähigung darstellt, um flexibler agieren zu können, ist sie nicht immer direkt kapazitätswirkend und stark abhängig von der jeweiligen Situati- on /68/. Beispielsweise schützt die Mehrfachqualifizierung des Personals nicht vor prinzipieller Überlastung der Produktion. Auch eine Anpassung der Kapazität durch Veränderungen der Intensität des Personal- und Betriebsmitteleinsatzes ist einerseits nur selten realisierbar und geht andererseits sehr oft zu Lasten der Qualität. Aus die- sen Gründen wird der intensitätsmäßige und qualitative Aspekt der Flexibilität in dieser Arbeit nicht betrachtet. Auf die konkreten Maßnahmen zur flexiblen Anpassung der mengenmäßigen und zeitlichen Kapazität wird in Kap. 4.3.3 detailliert eingegangen.

3 Grundlagen der Produktionsplanung und -steuerung

Die Planung der flexibel verfügbaren und notwendigen Kapazitäten von Produktionsun- ternehmen wird bereits heutzutage innerhalb eines umfassenden Ansatzes, der soge- nannten Produktionsplanung und -steuerung, durchgeführt und wird auch durch infor- mationstechnische Systeme unterstützt. Daher erfolgt in diesem Kapitel eine Einord- nung der Termin- und Kapazitätsplanung in den Ablauf der Produktionsplanung und -steuerung. Zu Beginn werden dazu die theoretischen Grundlagen mit Zielsystem, Auf- bau und Ablauf der Produktionsplanung und -steuerung erläutert. Um die aktuelle Situ- ation mit heute genutzten Systemen zur Produktionsplanung darzustellen, wird an- schließend die historische Entwicklung der Planungskonzepte mit ihren unterschiedli- chen Planungsumfängen umrissen. Nachfolgend wird auf die technische Umsetzung und Realisierung der Produktionsplanung und damit der Kapazitätsplanung näher ein- gegangen. Nachdem ein kurzer Marktüberblick existierender Planungssysteme gege- ben wurde, erfolgt die Zusammenfassung derzeit existierender Defizite in der Produkti- onsplanung.

3.1 Theoretische Grundlagen

Die Produktionsplanung und -steuerung zählt bis heute zu den anspruchsvollsten Auf- gaben in einem Industrieunternehmen /83/ und /39/. Obwohl im Bereich der Forschung eine Vielzahl an Modellen und Methoden existiert und auch praktische Software- Lösungen schon seit langen Jahren auf dem Markt sind, müssen sich viele, vor allem mittelständische Produktionsunternehmen, mit den Problemen der Produktionsplanung und -steuerung auseinandersetzen. Die Problematiken der Produktionsplanung und -steuerung (vgl. Kap. 3.5) haben bis heute nichts an ihrer Aktualität verloren haben und beschäftigen Wissenschaft, Forschung und Praxis. /27/, /39/ und /54/

3.1.1 Definition und Abgrenzung

Der Begriff Produktionsplanung und -steuerung wurde in den achtziger Jahren erstmals von Hackstein (1989) definiert /27/. Er bezeichnet die Planung und Steuerung der ge- samten Prozesse in der Produktion. Hierzu zählen sowohl die direkten Teilbereiche (Fertigung und Montage), als auch die indirekten Teilbereiche (u. a. Arbeitsvorberei- tung, Vertrieb, und Versand). In der Literatur existiert eine Vielzahl weiterer Definitio- nen und Zielstellungen, die allerdings meist nur leicht variieren /63/, /48/, /77/, und /83/.

In der heutigen Sichtweise werden unter der Produktionsplanung und -steuerung die gesamten organisatorischen Tätigkeiten zur technischen Auftragsabwicklung, von der Angebotsbearbeitung bis hin zum Versand, zusammengefasst /42/. Aufgrund zuneh- mender Produktvielfalt und Produktkomplexität ist eine systematische Produktionspla- nung und -steuerung notwendig, um die anstehende Auftragsmenge in einer gegebe- nen Zeit bzw. auf Basis von Lieferterminen zu bewältigen. Die Hauptaufgabe ist dabei das laufende Produktionsprogramm regelmäßig nach Art und Menge für aktuelle und zukünftige Planungsperioden zu ermitteln und dieses aufgrund von gegebenen oder zu planenden Kapazitäten, trotz eventuellen Störungen wie Personal- oder Betriebsmittel- ausfall, Lieferverzögerungen oder Ausschuss, bestmöglich zu realisieren. Die Grundla- gen der Planung sind dabei einerseits das Produktionsprogramm mit den vorhandenen Arbeitsplänen und andererseits die Produktionsfaktoren aus menschlicher Arbeitsleis- tung, Betriebsmittel- und Materialeinsatz. /42/, /84/, /62/, /77/, /48/, /63/, /54/ und /83/

Um den Umfang der Produktionsplanung und -steuerung zu gliedern, wird häufig eine Einteilung in eine strategische, taktische und operative Ebene vorgenommen (vgl. Abb. 3-1) /4/. Diese unterscheiden sich sowohl in ihren Arbeitsinhalten als auch in der Reichweite ihres Planungszeitraums. Zudem hängen die Ebenen voneinander ab. Die jeweils übergeordnete Ebene bildet den möglichen Ergebnisraum und setzt somit Randbedingungen für die jeweils folgende Ebene fest. /4/, /63/ und /59/

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3-1: Planungsebenen in der Produktion /14/

Auf der strategischen Planungsebene erfolgt die grundsätzliche Ermittlung und Aus- richtung auf Erfolgspotentiale, um langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben. Hierzu zählt z. B. die Aufstellung eines marktfähigen Produktsortiments, die Entwicklung zugehöri- ger Produktionssysteme und die Entscheidung für bestimmte Produktionsstandorte. Der betrachtete Zeitraum beträgt ca. zwischen zwei bis zehn Jahren. /4/

Die taktische Planungsebene stellt eine Konkretisierung und grobe Beschreibung des Vorgehens zur Erreichung eines vorher definierten Ziels der Unternehmung dar. Auf- gabe der taktischen Planung ist die Erfassung der bestehenden Ressourcen und Er- mittlung der notwendigen Maßnahmen zur Erreichung bestimmter Ziele. Planungsge- genstände sind z. B. Investitionen in Betriebsmittel, der zukünftige Personalbedarf und notwendige Qualifizierungsmaßnahmen sowie eine grobe Kapazitätsplanung für eine erste ungefähre Abstimmung von Kapazitätsangebot und -nachfrage. Für die taktische Planung wird meist ein Zeitraum von sechs Monaten bis zu zwei Jahren gewählt. /4/

In der operativen Produktionsplanung wird von vorgegebenen Randbedingungen aus den übergeordneten Planungsebenen ausgegangen. Die Entscheidungen auf dieser Ebene beziehen sich auf betriebswirtschaftliche und technische Ziele, wie z. B. die konkrete Produktionsmenge, die Terminierung von Aufträgen, die Kapazitätsplanung oder die explizite Wahl des Herstellungsprozesses. Typischerweise reicht der Zeitraum der operativen Produktionsplanung von wenigen Tagen bis zu ca. sechs Monaten, wo- bei Teile der Produktionsplanung wie z. B. die Produktionsprogrammplanung je nach Branche mit bis zu ein bis zwei Jahren auch deutlich weiter in die Zukunft geplant wer- den. Der operative Teil der Produktionsplanung ist oft gemeint, wenn von Produktions- planung und -steuerung gesprochen wird und ist hauptsächlicher Betrachtungsgegen- stand dieses Kapitels. Nachdem die Planung der Produktion abgeschlossen wurde, erfolgt schließlich ein Übergang in die Steuerung und Überwachung der geplanten Produktionsabläufe. Hierzu findet eine Feinterminierung statt in der unter anderem die Reihenfolge der Auftragsabwicklung als auch die Arbeitsplatz- und Maschinenzuteilung der Aufträge festgelegt wird. /4/ und /34/

Aufgrund der großen Menge an Planungs-, Steuerungs-, Durchführungs-, und Kontroll- tätigkeiten, die im direkten und erweiterten Rahmen der Produktion anfallen, ergeben sich eine Vielzahl an Schnittstellen zu angrenzenden Bereichen der Produktionspla- nung und -steuerung, wie z. B. Beschaffung, Vertrieb, Controlling, Qualitätsmanage- ment, Personalwirtschaft, und Logistik. Beispielsweise ist die Planung und der Einsatz von Arbeitskräften Teil der Produktionsplanung und gleichzeitig auch mit dem Bereich der Personalwirtschaft verbunden, die z. B. Sicherstellen muss, dass die richtige An- zahl Arbeitskräfte mit entsprechender Qualifikation dem Unternehmen zur Verfügung stehen. /83/ und /28/

Eine detailliertere Beschreibung der Beziehungen der Produktionsplanung und -steuerung zu anderen Bereichen findet sich bei Wiendahl (2010) /83/ und Hahn/Laßmann (1999) /28/.

3.1.2 Zielsystem der Produktionsplanung und -steuerung

Der Hintergrund für die Produktionsplanung und -steuerung ist es den Zielkonflikt aus Markt- und Betriebszielen unter der Wahrung einer hohen Wirtschaftlichkeit des Unter- nehmens bestmöglich zu lösen (vgl. Abb. 3-2). Dabei stehen die zentralen Forderun- gen des Markts nach hoher Liefer- bzw. Termintreue sowie kurzen Liefer- und Durch- laufzeiten im Gegensatz zu den Forderungen des Betriebs nach einer hohen Auslas- tung der Produktion und gleichzeitig niedrigen Beständen. /83/, /71/ und /81/

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3-2: Zielsystem der Produktionsplanung und -steuerung /81/

Es liegt im Interesse des Kunden, dass die bestellten Produkte möglichst schnell gelie- fert werden und zugesagte Liefertermine eingehalten werden. Das produzierende Un- ternehmen muss dieser Kundenforderung bestmöglich entsprechen, um im Wettbe- werb zu bestehen. In diesem Kontext muss das Unternehmen darauf achten dennoch wirtschaftlich zu agieren. Dies gelingt einerseits durch eine hohe Produktivität und da- mit zur Vermeidung von höheren spezifischen Produktionskosten infolge von Teilaus- lastung oder Stillstand der Betriebsmittel. Andererseits sollten die Bestände an Rohma- terial, Halbfabrikaten sowie fertigen Produkten so niedrig wie möglich gehalten werden, um das gebundene Kapital in Umlaufvermögen und die Kosten für den logistischen Aufwand, z. B. für Lagerhaltung und Transporte, zu minimieren. /83/

Aktuelle Herausforderungen von Produktionsunternehmen sind z. B. kürzer werdende Produktlebenszyklen, steigende Variantenvielfalt, kürzere Lieferfristen, kleinere Los- größen, zunehmende Schwierigkeiten der Prognostizierbarkeit künftiger Bedarfe und eine steigende Bedeutung von Kundenwünschen /83/ und /39/. Mit dem Wandel vom Verkäufermarkt zum Käufermarkt, beginnend in den sechziger Jahren, waren die Un- ternehmen gezwungen sich intensiver auf die Wünsche und Bedürfnisse ihrer Kunden mit ihrem Leistungsangebot einzustellen. Es wurde also erforderlich ein Unternehmen nicht mehr rein betriebsbezogen, sondern verstärkt marktorientiert zu führen. Mit dieser Entwicklung ging auch eine Verschiebung der Zielgrößen einher. War früher eine gute Auslastung der Betriebsmittel primäres Ziel, so steht heutzutage die Einhaltung von Lieferterminen bei gleichzeitiger Vermeidung hoher Bestände im Vordergrund. Durch die Senkung der Bestände zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit kommt nun aller- dings der Durchlaufzeit eine kritische Bedeutung zu, da die Lieferfähigkeit damit direkt von der Verlässlichkeit der geplanten Durchlaufzeiten abhängt. /39/

In einem Unternehmen, das durch einen unsicheren und volatilen Absatzmarkt sowie schwer bestimmbaren Plan-Durchlaufzeiten gekennzeichnet ist, werden Aufträge aus Sicherheitsgründen oder aufgrund einer schlechten Termineinhaltung in der Vergan- genheit oft frühzeitig freigegeben, da auf zu kurze Plan-Durchlaufzeiten geschlossen wird. Nachdem diese in der der Durchlaufterminierung verlängert wurden, gelangen zukünftige Aufträge früher als bisher an die entsprechenden Bearbeitungsstationen. Dadurch nehmen die Bestände vor den Arbeitsplätzen und Maschinen zu und die War- teschlangen werden größer. Dies bedeutet für Aufträge im Durchschnitt längere Liege- zeiten und daher längere Durchlaufzeiten mit größerer Streuung. In der Summe wird die Termineinhaltung schlechter und nur noch die wichtigsten Aufträge können mittels Eilaufträgen und kostspieligen Sondermaßnahmen termingerecht fertiggestellt werden. Der Fehlerkreis hat somit eine verstärkende Rückkopplung und wird zu einer Fehlerspi- rale, die zu einem deutlich höheren Niveau der Durchlaufzeiten führt (vgl. Abb. 3-3). Diese Entwicklung wird auch als Durchlaufzeitsyndrom bezeichnet. /34/, /77/, /13/, /17/, /84/, /81/ und /54/

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3-3: Zusammenhänge des Durchlaufzeitsyndrom /54/ und /77/

Um diesen Fehlerkreis bzw. diese Fehlerspirale aufzubrechen, werden in der Praxis aus Unkenntnis über die bestehenden Zusammenhänge oft nur einseitig wirkende Ent- scheidungen getroffen, was meistens dazu führt, dass sich die Situation mit zu hohen Beständen und zu langen Durchlaufzeiten zusätzlich verschlechtert. /39/

Das Ziel der Produktionsplanung und -steuerung ist es somit, – mithilfe einer flexiblen Produktion und verlässlichen Planungsschritten –, einen reibungslosen und wirtschaft- lichen Produktionsprozess unter unternehmensspezifischen Umständen, wie z. B: ver- fügbaren Produktionskapazitäten, zu ermöglichen. /77/ und /39/

3.1.3 Hauptelemente und Grobablauf der Produktionsplanung und -steuerung

In Literatur und Praxis existieren unterschiedliche Ansätze zur Beschreibung und Dar- stellung der Produktionsplanung und -steuerung /83/. Die Vielzahl der Ansätze orien- tiert sich an dem in Abb. 3-4 strukturierten hierarchischen Planungsablauf mit den zu- gehörigen Planungselementen. Der hierarchische Planungsablauf zeichnet sich durch einen schrittweisen Top-down-Ansatz für die jeweiligen Planungsebenen aus. Die Er- gebnisse der jeweils vorgelagerten Planungsebene stellen dabei den Input der an- schließenden Planungsebene dar. /27/, /77/, /39/, /13/, /44/, /34/, /17/, /42/, /23/, /83/, /48/, /81/, und /87/

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3-4: Struktur und Inhalte der Produktionsplanung und -steuerung /27/ und /83/

Die Produktionsplanung und -steuerung besteht dem Namen entsprechend aus einer planenden und einer steuernden Komponente. In der Produktionsplanung findet übli- cherweise die Produktionsprogrammplanung, Mengen- bzw. Materialbedarfsplanung und Termin- und Kapazitätsplanung statt. Die Produktionssteuerung beinhaltet weiter- hin die Auftragsfreigabe sowie die Auftragsdurchführung und -überwachung.

Die Informationen des Vertriebs stellen die Eingangsgrößen der Produktionsplanung und -steuerung dar. Die Nachfrage an einem Produkt ermittelt sich über den Absatz- markt und liegt im Beobachtungs- und Handlungsfeld des Vertriebs, der eine Schnitt- stellenfunktion für die Produktionsprogrammplanung übernimmt. Der in einer Pla- nungsperiode existierende Bedarf an Produkten ergibt den sogenannten Brutto- Primärbedarf. Durch Abgleich mit vorhandenen Lagerbeständen ergibt sich der zu pro- duzierende Netto-Primärbedarf, aus dem das Produktionsprogramm bestimmt werden kann. Die in einem Zeitraum prognostizierten und bestätigt vorliegenden Aufträge eines Produktionsunternehmens ergeben somit das Produktionsprogramm nach Art, Menge und Zeitpunkt. Neben konkreten Kundenaufträgen und anonymen Lageraufträgen bzw. Vorratsaufträgen auf Basis von Marktbeobachtungen, bilden auch das Ersatzteilge- schäft und der interne Unternehmensbedarf, z. B. für Versuche und Prototypen, einen Bestandteil des Produktionsprogramms.

Ausgehend vom Produktionsprogramm erfolgt die die Planung des hierfür notwendigen Materialbedarfs, der auch als Sekundärbedarf bezeichnet wird. Prinzipielle Bestim- mungsfaktoren für diese Planungsebene sind z. B. der geplante Anteil der in Eigenfer- tigung oder Fremdfertigung erbracht werden soll, die anfallenden Beschaffungskosten und die gewählten Beschaffungs- sowie Lagerhaltungsstrategien. Ergebnis dieser Pla- nungsstufe ist die Ermittlung und Beschaffung der notwendigen Rohstoffe, Einzelteile und Baugruppen in der richtigen Menge und zum richtigen Zeitpunkt. Hierzu wird eine Stücklistenauflösung der jeweiligen Produkte des Produktionsprogramms notwendig. Unter Berücksichtigung vorhandener Lagerbestände kann der entsprechende Sekun- därbedarf in einer bestimmten Menge zu einem definierten Zeitpunkt bestellt werden, um rechtzeitig in der Produktion eingesetzt werden zu können.

Basierend auf der Materialbedarfsplanung findet anschließend die Termin- und Kapazi- tätsplanung statt. Dabei wird sowohl der zeitliche Ablauf der zu produzierenden Aufträ- ge mit den zugehörigen Arbeitsgängen auf entsprechende Kapazitätseinheiten termi- niert. Parallel wird dabei auch der notwendige Kapazitätsbedarf für den Auftrag je Ar- beitsgang bzw. Kapazitätseinheit ermittelt. Weiterhin ist es Aufgabe der Kapazitätspla- nung, einen Kapazitätsabgleich durchzuführen, im Falle dass sich Kapazitätsangebot und -bedarf in dem betrachteten Zeitraum nicht decken. Als Ergebnis der Termin- und Kapazitätsplanung ergibt sich einerseits ein Zeitrahmen für die Produktion, als auch eine Aussage über die aktuelle oder zukünftige Auslastung der Produktion mit den be- reits eingesetzten bzw. noch verbleibenden Maßnahmen zur Anpassung von Kapazi- tätsangebot und -bedarf in einem Zeitraum. Im Mittelpunkt steht dabei die Bilanzierung von Kapazitätsangebot und -bedarf auf Stundenbasis. Konkrete Hinweise zur Umset- zung der Maßnahmen (z. B. Vorschlag oder Überwachung der Einsatzplanung einer Anzahl Arbeitskräfte einer bestimmten Beschäftigtengruppe) erfolgen meist an dieser Stelle, werden allerdings von den existierenden, relevanten Planungssystemen meist nicht direkt unterstützt und müssen separat (z. B. mithilfe von Excel) geplant werden.

Nachdem die Termin- und Kapazitätsplanung abgeschlossen wurde, ist die Planungs- phase des Produktionsprozesses beendet und der Auftrag wird an die Produktions- steuerung übergeben.

Die Auftragsfreigabe erfolgt, nachdem eine Verfügbarkeitskontrolle durchgeführt wur- de, in der sichergestellt wurde, dass die für den Auftrag notwendigen Arbeitskräfte, Betriebsmittel und Materialien bereit stehen und der Auftrag bearbeitet werden kann. Zudem findet an dieser Stelle eine abschließende Feinplanung bzw. Reihenfolgepla- nung statt, die gleichzeitig bereits eine steuernde Funktion hat. Ergebnis der Reihen- folgeplanung ist eine festgelegte Belegungsplanung der Betriebsmittel und eine fixe Reihenfolge der zu bearbeitenden Aufträge. An dieser Stelle findet somit auch der phy- sische Übergang des Auftrags in die Produktion statt.

Den Abschluss bildet die Auftragsdurchführung und -überwachung, bei der im Rahmen der Fortschrittsüberwachung alle relevanten Plan- und Istwerte (z. B. Qualitäts-, Men- ge-, Zeitdaten) aus der Produktion bzw. der Auftragsbearbeitung erfasst und mittels einer Abweichungsanalyse kontinuierlich miteinander verglichen werden. So können unter Umständen rechtzeitig Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden.

Neben den beschriebenen Hauptfunktionen der Produktionsplanung und -steuerung findet parallel zu den jeweiligen Planungs- und Steuerungsaufgaben die Datenverwal- tung statt, die als Querschnittsfunktion für die Datenhaltung und die Kommunikation der jeweiligen Planungsebenen zuständig ist. Zur Datenhaltung gehört unter anderem die Verwaltung von Arbeitsplänen als auch auftragsbezogener und auftragsneutraler Stammdaten.

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