Verfahren der Fertigungssteuerung (eBook)

Dr.-Ing. Hermann Lödding, Jahrgang 1971, Studium des Wirtschaftsingenieurwesens an der Universität Kaiserslautern. Promotion bei Prof. Wiendahl am Institut für Fabrikanlagen und Logistik der Universität Hannover. Forschungsstipendiat der Deutschen Forschungsgemeinschaft an der ETH Zürich, der Universidade de São Paulo, der Hong Kong University of Science & Technology und der Universität Hannover. Ausgezeichnet mit dem Dr.-Jürgen-Ulderup-Preis für Produktionstechnik und dem Deutschen Wissenschaftspreis Logistik. Beratungsprojekte im Bereich der Fertigungssteuerung mit Unternehmen aus den Branchen Elektronik, Maschinenbau, Luftfahrttechnik, Fahrzeugbau und Bekleidung. Seit 2004 Mitarbeiter der Robert Bosch GmbH in Stuttgart.

Geleitwort 5
Vorwort 7
Inhaltsverzeichnis 9
Verzeichnis der im Text verwendeten Abkürzungen und Formelzeichen 19
1 Einleitung 26
1.1 Einführung 26
1.2 Ein Modell der Fertigungssteuerung 30
1.3 Aufbau des Buches 35
Teil A Grundlagen der Fertigungssteuerung 42
2 Logistische Zielgrößen 44
2.1 Logistikleistung 45
2.1.1 Lieferzeit 45
2.1.2 Lieferterminabweichung und Liefertreue 49
2.1.3 Servicegrad 52
2.1.4 Durchlaufzeit 54
2.1.5 Terminabweichung und Termintreue 54
2.2 Logistikkosten 57
2.2.1 Bestand 57
2.2.2 Leistung und Auslastung 60
2.2.3 Verzugskosten 62
3 Modellierung der logistischen Zielgrößen 64
3.1 Modellierung der externen logistischen Zielgrößen 65
3.1.1 Lieferzeit 65
3.1.2 Lieferterminabweichung und Liefertreue 68
3.1.3 Servicegrad 71
3.2 Modellierung der internen logistischen Zielgrößen 75
3.2.1 Trichtermodell und Durchlaufdiagramm 75
3.2.2 Produktionskennlinien 84
3.3 Folgerungen aus der Modellierung 100
3.3.1 Wirkzusammenhänge zwischen den logistischen Zielgrößen 100
3.3.2 Leitsätze für die Gestaltung von Fertigungssteuerungsverfahren 103
4 Aufgaben der Produktionsplanung 106
4.1 Kernaufgaben der Produktionsplanung 106
4.1.1 Produktionsprogrammplanung 106
4.1.2 Produktionsbedarfsplanung 108
4.1.3 Eigenfertigungsplanung 113
4.2 Querschnittsaufgaben der Produktionsplanung und - steuerung 117
4.2.1 Auftragskoordination 117
4.2.2 Lagerwesen 117
4.2.3 PPS-Controlling 118
5 Steuerungsrelevante Fertigungsmerkmale 120
5.1 Fertigungsprinzipien 120
5.2 Fertigungsarten 122
5.3 Teilefluss 123
5.3.1 Losweiser Transport 123
5.3.2 One-piece-flow 124
5.3.3 Überlappte Fertigung 126
5.3.4 Chargenfertigung 127
5.4 Variantenanzahl 128
5.5 Materialflusskomplexität 129
5.6 Schwankungen des Kunden- und Kapazitätsbedarfs 130
6 Supply Chain Management (SCM) 132
6.1 Definition 132
6.2 Bullwhip-Effekt 134
6.2.1 Darstellung und Folgen 134
6.2.2 Ursachen 135
6.2.3 Gegenmaßnahmen 143
6.3 Methoden 150
6.3.1 Grundprinzipien 150
6.3.2 Vendor Managed Inventories 153
6.3.3 Collaborative Planning Forecasting Replenishment 154
Teil B Verfahren der Auftragserzeugung 157
7 Grundlagen der Auftragserzeugung 158
7.1 Auslösungsart 159
7.1.1 Auftragsfertigung 159
7.1.2 Lagerfertigung 161
7.2 Erzeugungsumfang 162
7.2.1 Einstufige Auftragserzeugung 162
7.2.2 Mehrstufige Auftragserzeugung 163
7.3 Auslösungslogik 166
7.3.1 Periodische Auftragserzeugung 166
7.3.2 Ereignisorientierte Auftragserzeugung 166
7.4 Klassifizierung von Auftragserzeugungsverfahren 167
7.5 Berücksichtigung von Losgrößen 169
7.6 Berücksichtigung von Kapazitätsrestriktionen 170
8 Bestellbestandsverfahren 172
8.1 Verfahrensbeschreibung 172
8.1.1 Grundverfahren 173
8.1.2 Bestellrhythmusverfahren 177
8.1.3 Bestellbestandsverfahren:mit variabler Bestelllosgröße 178
8.1.4 Bestellbestandsverfahren mit reservierten Beständen 179
8.2 Diskussion der Verfahrensregeln 180
8.3 Festlegung der Verfahrensparameter 183
8.3.1 Sicherheitsbestand 183
8.3.2 Wiederbeschaffungszeit 189
8.3.3 Abgangslosgrößenabhängiger Parameter 190
8.3.4 Bestelllosgröße 191
8.3.5 Verfahrensparameter des Bestellrhythmusverfahrens 193
8.3.6 Dynamische Anpassung der Verfahrensparameter 194
8.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 195
8.5 Anwendung 197
8.5.1 Fallbeispiel: Anwendung des Bestellbestandsverfahrens bei einem Maschinenbauunternehmen 197
8.5.2 EDV-unabhängige Umsetzung des Bestellbestandsverfahrens 199
9 Kanban 202
9.1 Verfahrensbeschreibung 202
9.1.2 Zwei-Karten-Kanban 207
9.1.3 Sicht-Kanban 208
9.1.5 Minimal Blocking 211
9.2 Vergleich der Kanban-Steuerung mit dem Bestellbestandsverfahren 215
9.3 Diskussion der Verfahrensregeln 216
9.4 Holprinzip versus Bringprinzip 219
9.5.2 Anzahl der Kanbans 224
9.6 Unternehmensübergreifender Einsatz 229
9.7 Anwendung 234
10 Kapazitätsorientierte Materialbewirtschaftung 236
10.1 Verfahrensbeschreibung 236
10.2 Diskussion der Verfahrensregeln 243
10.3 Festlegung der Verfahrensparameter 245
10.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 246
10.5 Anwendung 246
11 Synchro MRP 248
11.1 Verfahrensbeschreibung 248
11.2 Diskussion der Verfahrensregeln 253
11.3 Festlegung der Verfahrensparameter 255
11.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 256
11.5 Anwendung 256
12 Hybride Kanban-Conwip-Steuerung 258
12.1 Verfahrensbeschreibung 259
12.2 Diskussion der Verfahrensregeln 262
12.3 Festlegung der Verfahrensparameter 267
12.3.1 Anzahl konventioneller Kanbans 267
12.3.2 Anzahl der Fertigwarenkanbans 268
12.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 270
13 Fortschrittszahlensteuerung 274
13.1 Verfahrensbeschreibung 275
13.1.1 Definition von Fortschrittszahlen 275
13.1.2 Produktionsprogramm- und Materialbedarfsplanung 277
13.1.3 Abschätzung des Kapazitätsbedarfs aus Plan- Fortschrittszahlen 280
13.1.5 Beispiele 283
13.2 Diskussion der Verfahrensregeln 291
13.3 Festlegung der Verfahrensparameter 293
13.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 296
13.5 Anwendung 296
14 Basestock 298
14.1 Verfahrensbeschreibung 298
14.2 Diskussion der Verfahrensregeln 302
14.3 Festlegung der Verfahrensparameter 305
14.3.1 Plan-Bestände 305
14.3.2 Basestocks 307
14.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 310
14.5 Anwendung 310
15 Production Authorization Cards 312
15.1 Verfahrensbeschreibung 312
Teil C Verfahren der Auftragsfreigabe 320
16 Grundlagen der Auftragsfreigabe 322
16.1 Kriterien 322
16.1.1 Sofortige Auftragsfreigabe 323
16.1.2 Auftragsfreigabe nach Termin 323
16.1.3 Bestandsregelnde Auftragsfreigabe 325
16.1.4 Auftragsfreigabe mit arbeitssystemspezifischem Belastungsabgleich 329
16.2 Detaillierungsgrad 331
16.3 Auslösungslogik 334
16.4 Klassifizierung der Auftragsfreigabeverfahren 336
17 Auftragsfreigabe nach Termin 338
17.1 Verfahrensbeschreibung 338
17.2 Diskussion der Verfahrensregeln 341
17.3 Festlegung der Verfahrensparameter 343
17.4 Anwendung 343
17.4.1 Fertigungssteuerung in der Leiterplatten GmbH 344
17.4.2 Analyse des Fallbeispiels 347
17.4.3 Ableitung von Verbesserungsmaßnahmen 349
18 Constant Work in Process 352
18.1 Verfahrensbeschreibung 352
18.2 Diskussion der Verfahrensregeln 356
18.3 Festlegung der Verfahrensparameter 358
18.3.1 Anzahl der Conwip-Karten (Festlegung im Betrieb) 358
18.3.2 Anzahl der Conwip-Karten (Modellbasiertes Vorgehen) 360
18.3.3 Vorgriffshorizont 362
18.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 362
18.5 Anwendung 363
19 Engpass-Steuerung 364
19.1 Verfahrensbeschreibung 364
19.1.1 Grundverfahren 365
19.1.3 Starvation Avoidance 367
19.2 Diskussion der Verfahrensregeln 369
19.3 Festlegung der Verfahrensparameter 372
19.3.1 Grundverfahren 373
19.3.2 Starvation Avoidance 374
19.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 375
19.5 Anwendung 375
19.6 Exkurs: Theory of Constraints 376
20 Workload Control 380
20.1 Verfahrensbeschreibung 380
20.1.1 Grundverfahren 381
20.1.2 Verfahrensvarianten 386
20.2 Diskussion der Verfahrensregeln 388
20.3 Festlegung der Verfahrensparameter 391
20.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 395
20.5 Anwendung 395
21 Belastungsorientierte Auftragsfreigabe 398
21.1 Verfahrensbeschreibung 399
21.2 Diskussion der Verfahrensregeln 403
21.3 Festlegung der Verfahrensparameter 407
21.3.1 Vorgriffshorizont 407
21.3.2 Abzinsungsfaktoren 408
21.3.3 Bestandsgrenzen 410
21.3.4 Festlegung der Abzinsungsfaktoren nach Bechte 413
21.3.5 Abbildung anderer Fertigungssteuerungsverfahren über die Parameterfestlegung 413
21.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 415
21.5 Anwendung 415
22 Auftragsfreigabe mit Linearer Programmierung 416
22.1 Verfahrensbeschreibung 416
22.2 Diskussion der Verfahrensregeln 422
22.3 Festlegung der Verfahrensparameter 425
22.3.1 Plan-Bestände der Arbeitssysteme 425
22.3.2 Gewichtungsfaktoren für Unterlast und Überlast 425
22.3.3 Definition der Terminfunktion 426
22.3.4 Ober- und Untergrenzen für den freizugebenden Arbeitsinhalt für die Fertigung 428
22.3.5 Obergrenze für den freizugebenden Arbeitsinhalt für einzelne Arbeitssysteme 430
22.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 431
22.5 Anwendung 431
23 Polca-Steuerung 432
23.1 Verfahrensbeschreibung 432
23.2 Diskussion der Verfahrensregeln 437
23.3 Festlegung der Verfahrensparameter 440
23.3.1 Anzahl der Polca-Karten 440
23.3.2 Freigabezeitpunkte 444
23.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 445
23.5 Anwendung 445
24 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung 448
24.1 Verfahrensbeschreibung 448
24.1.1 Grundverfahren 448
24.1.2 Bestandsgeregelte Durchfluss- Steuerung 456
24.2 Diskussion der Verfahrensregeln 456
24.3 Festlegung der Verfahrensparameter 458
24.3.1 Bestandsgrenze 459
24.3.2 Positionsnummern 462
24.4 Unternehmensübergreifender Einsatz 464
24.5 Anwendung 465
Teil D Reihenfolgebildung 466
25 Reihenfolgebildung 468
25.1 Reihenfolgeregeln zur Erhöhung der Liefertreue 470
25.1.1 First in - First out (FIFO) 470
25.1.2 Frühester Plan- Starttermin (FPS) 470
25.1.3 Frühester Plan- Endtermin (FPE) 471
25.1.4 Geringster Restschlupf 471
25.2 Reihenfolgeregel zur Erhöhung des Servicegrads 472
25.3 Reihenfolgeregeln zur Erhöhung der Leistung 474
25.3.1 Rüstzeitoptimierende Reihenfolgebildung 474
25.3.2 Extended Work in Next Queue ( XWINQ) 476
25.4 Kürzeste Operationszeit-Regel (KOZ) 477
25.5 Reihenfolgedisziplin 481
Teil E Kapazitätssteuerung 484
26 Kapazitätssteuerung 486
26.1 Einführung 487
26.2 Rückstandsmessung 488
26.2.1 Verfahrensunabhängige Grundlagen 489
26.2.2 Verfahrensabhängige Rückstandsmessung 490
26.3 Kapazitätsflexibilität 495
26.3.1 Definitionen und Grundlagen 495
26.3.2 Kapazitätsflexibilität der Betriebsmittel 497
26.3.3 Kapazitätsflexibilität der Mitarbeiter 498
26.3.4 Resultierende Kapazitätsflexibilität einer Fertigung 501
26.4 Konfiguration der Rückstandsregelung 503
26.4.1 Auslösungslogik 503
26.4.2 Festlegung von Dauer und Höhe der Kapazitätsanpassung 504
26.4.3 Ableitung von Maßnahmen zur Kapazitätsanpassung 506
26.5 Grundsätze der Rückstandsregelung 507
26.6 Anwendungsbeispiel einer Rückstandsregelung in der Luftfahrtindustrie 509
26.7 Mitarbeiterdisposition 511
26.7.1 Kriterien der Mitarbeiterdisposition 511
26.7.2 Auslösungslogik 512
26.7.3 Lokalität der Mitarbeiterdisposition 512
Teil F Konfiguration der Fertigungssteuerung 515
27 Konfiguration der Fertigungssteuerung 516
27.1 Einführung 517
27.2 Auswahl eines Auftragserzeugungsverfahrens 518
27.3 Auswahl eines Auftragsfreigabeverfahrens 521
27.3.1 Auswahl einer Verfahrensklasse 521
27.3.2 Auswahl eines Verfahrens 524
27.3.3 Kombination von Verfahren der Auftragsfreigabe 526
27.4 Auswahl von Reihenfolgeregeln 527
27.5 Gestaltung der Kapazitätssteuerung 529
27.6 Fallbeispiele 530
27.6.1 Fertigungssteuerung in einer Auftragsfertigung 531
27.6.2 Fertigungssteuerung in einer Mischfertigung 536
27.6.3 Fertigungssteuerung in einer hochvolumigen Lagerfertigung 542
27.7 Durchsetzung einer Konfiguration 546
Literatur 552
Sachverzeichnis 562

7 Grundlagen der Auftragserzeugung (S.128)

Die Auftragserzeugung generiert aus Kundenaufträgen, Materialentnahmen oder einem Produktionsprogramm Fertigungsaufträge. Sie bestimmt damit Plan-Zugang und Plan-Abgang der Fertigung sowie die Plan-Reihenfolge, in der die Aufträge fertig gestellt werden sollen. Gleichzeitig legt sie die Planwerte für die betriebsinternen Zielgrößen Bestand, Durchlaufzeit und Auslastung fest.

Bild 7.1 zeigt, wie sich die Auftragserzeugung in das Modell der Fertigungssteuerung einordnet. Dazu sind die Aufgabe sowie die zugehörigen Stellgrößen fett umrandet dargestellt. Die Realisierbarkeit von Plan-Abgang und Plan-Reihenfolge entscheidet über die Termintreue mit. Insgesamt ist die Auftragserzeugung damit eine sehr wichtige Planungsaufgabe. Sie wird zum Teil jedoch in der Fertigung durchgeführt, weshalb sie – wenngleich nicht so vollständig wie die Auftragsfreigabe – im zweiten Buchteil ausführlich beschrieben wird. Betrachtet werden dabei ausschließlich Verfahren der Lagerfertigung.

Die Auftragserzeugung in der Auftragsfertigung ist eindeutig der Produktionsplanung zuzuordnen und wird daher nicht weiter behandelt. Es lassen sich drei Klassifizierungsmerkmale für die Auftragserzeugung unterscheiden:

• Die Auslösungsart der Auftragserzeugung unterscheidet zwischen der Auftragsfertigung und der Lagerfertigung (Abschn. 7.1). In der Auftragsfertigung löst ein Kundenauftrag die Erzeugung eines oder mehrerer Fertigungsaufträge aus, die den Bedarf des Kundenauftrags decken. In der Lagerfertigung wird der Bedarf eines Kundenauftrags durch einen Fertigungsauftrag gedeckt, der schon vor Eingang des Kundenauftrags erzeugt wurde.

• Der Erzeugungsumfang der Auftragserzeugung richtet sich danach, ob ein Verfahren Aufträge für eine oder mehrere Stufen der Stückliste eines Produkts gleichzeitig erzeugen kann (Abschn. 7.2).

• Die Auslösungslogik der Auftragserzeugung bestimmt die Logik, nach der die Aufträge erzeugt werden (Abschn. 7.3). Über die Erzeugung neuer Aufträge kann entweder zu bestimmten Zeitpunkten (periodische Auftragserzeugung) oder nach definierten Ereignissen entschieden werden (ereignisorientierte Auftragserzeugung).

Abschnitt 7.4 erläutert weitere Klassifizierungskriterien der Auftragserzeugung und stellt die behandelten Verfahren im Überblick dar. Abschnitt 7.5 erläutert Probleme, die aus der Verwendung fester Losgrößen entstehen können. Abschnitt 7.6 skizziert, wie begrenzte Kapazitäten bei der Auftragserzeugung berücksichtigt werden können.

7.1 Auslösungsart

Die Art der Auftragsauslösung ist das wichtigste Merkmal zur Klassifizierung der Auftragserzeugung. Es wird zwischen der Auftragsfertigung (Abschn. 7.1.1) und der Lagerfertigung (Abschn. 7.1.2) unterschieden.

7.1.1 Auftragsfertigung
In der Auftragsfertigung löst ein Kundenauftrag die Erzeugung eines Fertigungsauftrags aus. Der Fertigungsauftrag dient der Erfüllung des auslösenden Kundenauftrags. Im einfachsten Fall eines einstufigen Produkts wird der Kundenauftrag unmittelbar in einen Fertigungsauftrag umgesetzt (Bild 7.2 a). Dies ist insbesondere bei kundenspezifischen Produkten der Fall.

Ein Beispiel hierfür ist etwa die Leiterplattenfertigung. Bei kundenneutralen Produkten fassen Unternehmen Aufträge bisweilen zusammen, um Rüstkosten zu sparen (Bild 7.2 b). Meist handelt es sich dabei um kapitalintensive Güter, bei denen eine Lagerfertigung zu teuer oder zu riskant wäre. Es ist umgekehrt auch möglich, aus einem Kundenauftrag mehrere Fertigungsaufträge zu erzeugen (Bild 7.2 c, [Wien-02]).

Dies kann insbesondere sinnvoll sein, wenn der Kunde unterschiedliche Liefertermine für Teilmengen der georderten Gesamtmenge wünscht (z. B. bei Rahmenverträgen) oder die Bestellmenge sehr groß ist und dadurch hohe Auftragszeiten verursachen würde.