Die magischen Dreiecke der Produktionsoptimierung

Die Optimierung und Steigerung der Effizienz von wertschöpfenden Tätigkeiten – seien es die tatsächlich materielle Produktion oder die begleitenden unterstützenden Prozesse – ist ein kontinuierlicher Prozess in den fertigungsnahen Bereichen eines Unternehmens.

Natürlich muss das Unternehmen in seiner Gesamtheit betrachtet und die Beiträge aller Bereiche zum Ertrag berücksichtigt werden. Im Folgenden soll es aber um die Produktion und Produktionsplanung im eigentlichen Sinne gehen.

Optimierung an sich bedeutet nichts anderes, als das bestmögliche Ergebnis unter den gegebenen Umständen zu erreichen. Anders gesagt: Es sind günstige Bedingungen für das Erreichen der gesteckten Ziele zu schaffen. Dabei sind die zunehmende Dynamik der Umgebungsbedingungen (Markt, Wettbewerb, Politik, Handelshemmnisse) und vielschichtige Lieferbeziehungen ein nicht zu unterschätzender (Risiko-) Faktor.

Arbeitsabläufe mit dem ERP optimieren: Qualität – Kosten – Liefertreue

Kunden erwarten schon immer die Einhaltung zugesagter Termine und Liefermengen bei konstant hoher Qualität unter der Bedingung gestiegener Individualität der Erzeugnisse. Im globalen Wettbewerb kann sich ein Unternehmen diesbezüglich keine Ausfälle leisten. Die Erfahrung lehrt, dass sich die gesteckten Qualitäts-, Kosten- und Lieferziele nur durch hohe Prozesssicherheit und -stabilität erreichen lassen.

Einen wesentlichen Beitrag dazu können ein Assetmanagement und adäquate Instandhaltungsprozesse leisten. Im Fokus steht die Erhaltung der Betriebsbereitschaft von Maschinen, Anlagen und Werkzeugen. Es ist unumstritten, dass durch Wartung bzw. Instandhaltung neben der Verfügbarkeit auch die Qualität der Produkte unmittelbar beeinflusst wird.

Hierbei können unterschiedliche Strategien verfolgt werden. Die Spannweite geht von kontinuierlicher Total Productive Maintenance (TPM) bis zu Predictive Maintenance unter Nutzung von Maschinen-, Betriebs-, Qualitätsdaten und KI-Algorithmen zur Bestimmung sinnvoller Wartungstermine in Abhängigkeit von konkreten Auftragsdaten. Das Primärziel ist die Reduktion ungeplanter Ausfälle und damit von Störungen im Produktionsablauf. Die erreichbare Liefertreue hängt direkt von der Prozesssicherheit ab. Instabile Prozesse können die Durchlaufzeiten verlängern und damit eine der Ursachen für den Aufbau von Beständen zur Absicherung der Lieferfähigkeit sein. Neben den Bestandskosten können auch höhere Fertigungskosten entstehen.

Der Zustand des Produktionssystems und insbesondere der Fertigungsfortschritt muss stets aktuell im Planungssystem (ERP) widergespiegelt werden. Nur so ist es möglich, frühzeitig (oder besser: rechtzeitig) auf Abweichungen im Ablauf zu reagieren. Eine Betriebs- und/oder Maschinendatenerfassung leistet hier wertvolle Dienste.

Unternehmen produzieren heute häufig an mehreren Standorten und zwischen diesen bestehen Lieferbeziehungen. Demzufolge sind nicht nur die lokalen Prozesse, sondern die gesamte Lieferkette zu berücksichtigen. Die arbeitsteilige Fertigung bezieht sich neben den unternehmenseigenen verteilten Ressourcen auch auf Fremdressourcen und Geschäftspartner. In der horizontalen Integration liegen große Potentiale für die Optimierung der Prozesse. Stabile lokale Fertigung und zuverlässige übergreifende Lieferprozesse garantieren eine hohe Liefertreue für den Endkunden. Es existieren geeignete Systeme, die JIT/JIS-Prozesse ermöglichen bis hin zum automatischen Abgleich von Bedarf und Lieferung (z.B. via EDI). Unternehmensintern stehen Multisite-Lösungen zur Abbildung komplexer Unternehmensstrukturen mit deren kommerziellen und logistischen Beziehungen zur Verfügung und interne Prozesse lassen sich automatisieren.

"Die Erfahrung lehrt, dass sich die gesteckten Qualitäts-, Kosten- und Lieferziele nur durch hohe Prozesssicherheit und -stabilität erreichen lassen." Karl Tröger, Business Development

Prozessoptimierung: Produkt – Prozess – Ressource

Eines der zentralen Konzepte der digitalen Fabrik ist das Produkt-Prozess-Ressourcen-Modell (PPR). Hierbei verbindet der (Fertigungs-) Prozess die Produkte (Ausgangsmaterial, Fertigware) mit den zu nutzenden Ressourcen (Produktionstechnik). Alle relevanten Informationen liegen in digitaler Form vor und werden ständig aktualisiert. Dies ist nur durch eine enge Kopplung von PLM, ERP und MES möglich. Neben den traditionellen Strukturen wie Stücklisten und Arbeitsplänen kommen vermehrt weitere, insbesondere prozessbezogene, Informationen zur Führung der Produktion zur Anwendung.

Ein zentrales Element zur Steuerung der Prozesse im Shopfloor ist ein leistungsfähiges Manufacturing Execution System (MES). Hier erfolgt eine Feinplanung der Arbeitsfolgen, ggf. nach definierten Regeln, auf den verfügbaren Ressourcen. Mehrfach vorhandene gleichwertige Ressourcen werden unter Berücksichtigung der Verfügbarkeit entsprechend belegt. Für die übergeordnete Planungsebene (ERP) sind diese Vorgänge komplett transparent.

Unter der Bedingung einer zunehmenden Variabilität der Enderzeugnisse kommt es mehr und mehr auf eine effiziente Führung der Prozesse in einer variantenreichen Fertigung an. Das betrifft sowohl die Parametrierung des Equipments als auch die Unterstützung der Mitarbeiter bei der Abarbeitung der Arbeitsschritte durch die Bereitstellung der relevanten erzeugnisspezifischen Informationen. Das erhöht die Prozesssicherheit bzw. reduziert mögliche Fehler im Herstellungsprozess. Zur Anwendung kann hier eine flexible Workflowsteuerung kommen.

Die Prozessmodelle zur Herstellung eines Produktes müssen ständig hinsichtlich der Datenqualität bewertet werden. Dies ist nur möglich, wenn stets aktuelle Informationen zur Bearbeitung an den entsprechenden Ressourcen erfasst werden. Planungsungenauigkeiten werden messbar und Korrekturen möglich. Mit der dann möglichen Verbesserung der Planungsqualität kann wiederum eine Stabilisierung der Produktion erreicht werden. Neben den planungsrelevanten Daten und Informationen können auch maschinenspezifische oder qualitätsrelevante Daten erfasst und für das Qualitätsmanagement oder die Instandhaltung genutzt werden. Auch das leistet einen Beitrag zur Prozessstabilisierung.

Die Effizienz der Fertigungsprozesse und die Wirksamkeit von Maßnahmen zur kontinuierlichen Verbesserung (KVP) können mit Kennzahlensystemen als Führungsinstrument beurteilt werden. Letztendlich kann auf diese Weise auch Einfluss auf die Herstellungskosten eines Erzeugnisses genommen werden.

Ressourcen ausschöpfen: Menschen – Maschinen – Software

Es ist unbestritten, dass auch in der Zukunft Menschen die Kontrolle über die Fertigung haben werden. Auch in Zeiten der aufkommenden künstlichen Intelligenz (KI) ist die humane Intelligenz das Maß aller Dinge. Es geht also weiterhin um den „human factor“ in der Produktion. Daher sind die Anwender immer besser zu unterstützen: Sei es bei der direkten Einflussnahme auf die Prozesse oder bei der Entscheidungsfindung. Die Führung der Mitarbeiter durch den Herstellungsprozess kann durch Assistenzsysteme (Werker-Assistenz) unterstützt werden.

In Zeiten der künstlichen Intelligenz (KI) ist die humane Intelligenz das Maß aller Dinge.

Die Maschinen und Anlagen sind auf lange Nutzungszeiten und hohe Zuverlässigkeit ausgelegt. Daher sind die Standzeiten der Fertigungstechnik hoch – 30 Jahre und länger sind keine Seltenheit. Demzufolge wird es insbesondere darauf ankommen, genau diese Technik für die heutigen Anforderungen in der Ära der Digitalisierung fit zu machen. Die Nachautomatisierung bzw. die Ausstattung dieser Fertigungstechnik mit Sensorik ermöglicht die Überwachung der Anlagen (Laufzeiten, Belegung) bis hin zur Erfassung von Prozess- und Betriebsdaten. Damit wird auch der Regelkreis zwischen Planung und Ausführung geschlossen.

Software spielt in der Fertigung in Zeiten von Smart Factory und Industrie 4.0 ohne Frage eine immer größere Rolle. Seien es die direkten Steuerungssysteme der Maschinen und Anlagen (SPS) oder die betrieblichen Anwendungssysteme wie ERP und MES oder auch PLM. Viele Aufgaben können ohne diese Systeme überhaupt nicht gelöst werden. Dazu gehört z.B. die horizontale überbetriebliche Vernetzung mit Geschäftspartnern oder die vertikale Integration der Planungssysteme mit dem Fertigungsprozess. Damit wird die Effizienz der Auftragsabwicklung von der Kunden- und Lieferantenkommunikation bis hin zur Überwachung der Produktion massiv verbessert.