Montagefolgeplanung mit Anordnungsbeziehungen

Es wird ein Vorgehen zur Optimierung der Montagereihenfolge z. B. bei der Produktion von Motoren und Getrieben beschrieben. Neben den aus der Kanban Theorie bekannten automatischen Schritten des „Nivellierens und Glättens“ werden Möglichkeiten aufgezeigt, die Ergebnisse interaktiv nachzuarbeiten. Weiter kann man zusätzlich eine Menge von Anordnungsbeziehungen definieren und deren Einhaltung überwachen, bzw. erzwingen. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wurde ein Advanced Planning and Scheduling System (APS), das als Add-On zu SAP ERP implementiert werden kann, erweitert. Die Lösung verwendet ausschließlich SAP ERP Daten und SAP ERP Infrastrukturen.

Motivation

In Bild 1 erkennt man die Ausgangssituation für eine Montageplanung.
Eine Menge von Bedarfen, charakterisiert durch Kästen, deren Höhe proportional der Stückzahl ist, bilden Auftragsstapel. Diese sind unterschiedlich über die Zeitachse verteilt. Wollte man die Bedarfe jeweils am Bedarfstag decken, würde an einigen Tagen die Kapazität nicht ausreichen während an anderen Tagen die Auslastung zu niedrig wäre. Daraus wächst der Wunsch nach gleichmäßiger Verteilung der Auftragsstapel über den Produktionszeitraum (Nivellieren).

Dazu muss man erlauben, dass Aufträge schon vor dem Bedarfstermin, gegebenenfalls auch später gefertigt werden.

Weiterhin möchte man über den Tag einen guten Mix der Produkttypen erreichen (Glättung), um eine gleichmäßige Bereitstellung der unterschiedlichen Montageteile zu sichern (Kanban Prinzip).
Drittens sollen bestimmte Anordnungsbeziehungen im Verlauf des Tages eingehalten werden, um die Bereitstellung der zu montierenden Teile zu vereinfachen.

Bild  2 zeigt die Resultate für die Aufgabe aus Bild 1 nach Anwendung eines gemischt ganzzahligen linearen Optimierungsprogramms. Man sieht, dass die Kapazitätsgrenze (rote Linie) eingehalten wurde und die Aufträge eines Tages nach Farben und damit nach Produkttyp sortiert wurden. Weiter erkennt man anhand des roten oder gelben Randes an den Kästchen, dass einige Aufträge Terminverletzungen aufweisen. Für die händische Umplanung kann man sich über den zulässigen Verschiebezeitraum für den ausgewählten Auftrag mittels einer grünen Farbhinterlegung der entsprechenden Tage informieren.

Üblicherweise wird nun ein Planer die Lösung händisch nachbearbeiten, indem er Aufträge innerhalb des grün hinterlegten Intervalls verschiebt.
Er kann aber auch Kapazitäten und Glättungsregeln verändern oder Auftragsterminverschiebungen vereinbaren. Nach einer Änderung wird erneut ein Optimierungslauf angestoßen.
In einer Reihe von Fällen fällt es den Planern schwer, Glättungsregeln so zu verändern, dass der Optimierungslauf genau die Reihenfolgen findet, die der Planer anstrebt. In diesen Situationen ist es einfacher, zusätzliche Anordnungsbeziehungen einzufügen, wie sie im nächsten Abschnitt beschrieben werden.

Beachtung zusätzlicher Anordnungsbeziehungen

Ein Nutzer kann für jede Materialfamilie Restriktionen eingeben, die bei der Auflageplanung eingehalten werden müssen (siehe Bild 3). Hier kann man vorgeben, dass z. B. immer mindestens vier A Produkte oder vier  B Produkte vor dem Produkt D gefertigt werden müssen. Weiterhin kann festgelegt werden, welche maximale Losgröße ein Block bestimmter Materialfamilien haben darf.

Man erkennt in der Auftragsliste des Bildes  4, dass dort Verletzungen dieser Regeln angezeigt werden.
Händisch kann man im Simulationsmodus die Reihenfolgen so lange ändern, bis die Menge der Regelverletzungen minimal wird. Hat man eine gute Lösung gefunden, so werden fixierte Planaufträge oder Fertigungsaufträge angelegt und in das SAP ERP System zurück geschrieben, wodurch die Bedarfe gedeckt sind. Darauf aufbauend wird dann in SAP ERP ein MRP Lauf durchgeführt, der die Komponentenbedarfe ermittelt.

Lösungsschritte

Die Lösung erfolgt mittels der Planungsschritte:

• „Nivellieren im Langfristbereich“
• „Glätten im Mittelfristbereich“
• „Montagereihenfolgebildung im Kurzfristbereich“.

Die Lösung der Nivellierungs- und Glättungsaufgaben erfolgt mit einem kommerziellen Programm zur Lösung von gemischt ganzzahlige Optimierungsaufgaben (MILP). Ausführlich wird die Lösung unter [1] beschrieben. Die Möglichkeiten zur händischen Nachbearbeitung kann man im Bild 4 erkennen.

Dort sieht man ein Balkendiagramm (für die Reihenfolgebildung), ein Stapeldiagramm (für Nivellieren und Glätten) und eine Auftragsliste (zum Anzeigen von Verletzungen von Anordnungsbeziehungen und zur Reihenfolgebildung).

Das Balkendiagramm im oberen Bereich des Bildes zeigt die Situation für einen ausgewählten Tag. Es kann beliebig gezoomt und verschoben werden. In allen drei Darstellungsformen ist es möglich, durch Drag & Drop Verschiebungen händisch vorzunehmen.

In diesem Bild erkennt man im umrandeten Bereich, dass dort der Auftragszusammenhang aufgelöst werden musste, um für alle drei Schichten eine gleichmäßige Produktion zu sichern. Auch diese Zerlegung und Glättung ist wieder über die Anwendung eines MILP zu erreichen.

Lösungsarchitektur

Die Lösung wurde aus einem Advanced Planning and Scheduling System abgeleitet, das von der Firma SAP als SAP-endorsed business solution zertifiziert wurde. Nach Einspielen eines Transportauftrages in das SAP System kann die Lösung als untergeordnetes System zu SAP ERP in Form eines rich clients (fetten Clienten) auf die Nutzerrechner aufgespielt werden. Es werden ausschließlich SAP ERP Daten genutzt. Die benötigten Nivellierungs- und Glättungsinformationen und die Anordnungsregeln werden im SAP ERP Materialstamm abgelegt. Es sind also keine weiteren Server und Datenbanken nötig. Es wird die vorhandene Infrastruktur genutzt. Demzufolge ist die Einführungszeit gering.

Die Lösung grenzt sich von anderen Lösungen am Markt dadurch ab, dass hier der Einsatz eines gemischt ganzzahligen Optimierungssystems (eines Automaten) durch umfangreiche Visualisierungen, Interaktionsmöglichkeiten und Alarmmeldungen ergänzt wird. Somit vermeidet ein Nutzer, dass er verzweifelt an Parameterkombinationen spielen muss, um Ergebnisse zu erreichen, die bei unlösbaren Optimierungsaufgaben, einen Kompromiss darstellen.

Schlüsselwörter:

SCM, SAP, Reihenfolgenplanung, Produktionsplanung, Automotive

Literatur:

Das könnte Sie auch interessieren

„KI ersetzt keine Erfahrung – sie macht sie skalierbar!“ Im Gespräch mit Jürgen Schön, Head of Manufacturing Industry GTM EMEA bei ServiceNow

Die Fertigungsindustrie hat große Fortschritte bei der Einführung von KI gemacht – doch meist bleibt es bei Pilotprojekten. Entscheidend wird nun, KI ganzheitlich entlang der Wertschöpfungskette zu verankern, um echte Wirkung zu erzielen: höhere Produktivität, stabilere Prozesse und weniger Ausschuss. Immer mehr Unternehmen entwickeln konkrete Anwendungsfälle und setzen diese um. KI wird damit vom Experiment zum festen Bestandteil operativer Exzellenz.

Innovation, Digitalisierung und KI im Maschinenbau Im Gespräch mit Prof. Dr. Oliver Amft, Institutsleiter bei Hahn-Schickard

Hahn-Schickard und das IMIT Villingen sind Innovationsmotoren für Mikrosystemtechnik und Digitalisierung. Mit Hightech-Lösungen in Bereichen wie Sensorik, Embedded Systems, KI und digitaler Medizin unterstützen sie Unternehmen – vom Start-up bis zum Großkonzern – entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Forschung trifft Praxis – regional verankert, international vernetzt.

Making Manufacturing Easy: beständig, innovativ, spezialisiert Im Gespräch mit Dr. Clemens Pieper, Geschäftsführer Deutschland bei Monitor ERP

Langfristig orientiert und gleichzeitig Innovativ – seit über 50 Jahren treibt Monitor ERP die Digitalisierung im produzierenden Mittelstand voran. Mit Cloud, KI, Nachhaltigkeitsfunktionen und tiefem Branchenwissen bietet das System eine zukunftssichere ERP-Lösung, die schnell implementierbar, erweiterbar und praxisnah ist – ausgezeichnet mit dem Factory Innovation Award.

Retrofit in der Produktionslogistik 5 Punkte, die Sie unbedingt beachten sollten

Das Retrofit bestehender Produktions- und Logistiksysteme bietet Unternehmen die Chance, mit überschaubarem Aufwand ihre Effizienz zu steigern und Kosten nachhaltig zu senken. Trotz klarer Vorteile zögern viele Betriebe, da sie wirtschaftliche Unsicherheit und Betriebsunterbrechungen fürchten. Dabei können bereits kleine Modernisierungen schnelle Erfolge bringen und gleichzeitig die Weichen für künftige Herausforderungen stellen.

Factory Cloud und Datenräume – Zukunft der Produktion Flexible, sichere und datengetriebene Fertigung

Produzierende Unternehmen stehen unter wachsendem Druck, ihre Prozesse flexibel und effizient zu gestalten. Die Factory Cloud ermöglicht die lokale Verarbeitung von Produktionsdaten, während Datenräume den sicheren Austausch sensibler Informationen entlang der Wertschöpfungskette gewährleisten. Gemeinsam bieten sie die Grundlage für eine souveräne, datengetriebene Produktion.

Predictive Maintenance in der Fertigung Eine solide Architektur als Basis für die datengestützte Optimierung

In der Industrie ist die Reduzierung von Ausfallzeiten ein wichtiger Wettbewerbsfaktor. Ungeplante Ausfälle verursachen hohe Kosten in Form von Lieferverzögerungen, Vertragsstrafen und Umsatzverlusten. Dank umfangreicher Datenströme, IoT-Systeme und der Integration moderner KI-Technologien – zusammengeführt im Ansatz der Predictive Maintenance – können Unternehmen Wartungsprozesse optimieren und dadurch ungeplante Stillstandszeiten minimieren.