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Manfred Austen
CEO
Instrumente zur Optimierung der Fertigungsperformance Einführung Dispatching und Scheduling
30.11.2016
© 2016 SYSTEMA GmbH
Inhalt Einführung in die Optimierung der Fertigungsperformance
• (1) Herausforderung „Optimale“ Fertigung – Einordnung und Abgrenzung „Fertigung“ – Anforderung „Optimale“ Fertigung !?
• (2) Optimierung der Fertigungsperformance – 1.Blick: Langfristige Zielstellungen – 2. Blick: Präzise, messbare und abgestimmte Indikatoren – Umfrage: Ranking wichtiger Indikatoren – 3. Blick: Variabilität der Fertigung – 4. Blick: Beeinflussbarkeit der Einflussfaktoren
• (3) Sinnvolle und proaktive Fertigungssteuerung – Fertigungssteuerung zur Optimierung der Fertigungsperformance – Verfolgen Ganzheitlicher Ansatz – Verschiedene Beispiele
• (4) Instrumente Dispatching und Scheduling – 2 häufige Lösungsverfahren der Fertigungssteuerung – Einordnung und Klassifizierung
• (5) Einsatz- und Rand-Bedingungen – Datenqualität – Reporting und Monitoring – Simulation – Integration von Dispatcher / Scheduler
• (6) SYSTEMA Zielsetzung
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Herausforderung „Optimale“ Fertigung Einordnung und Abgrenzung „Fertigung“
Produktion = Herstellung (Fertigung, Erzeugung)
a) Prozess der zielgerichteten Kombination von Produktionsfaktoren (Input) und
deren Transformation in Produkte (Output) b) In der ingenieurwissenschaftlichen Literatur wird häufig der Terminus Fertigung
für die zusammenbauende Produktion und der Terminus Erzeugung für die chemische Produktion verwendet
c) Produktion umfasst ergänzend auch Dienstleistungserstellung und Bildung von Rechten
Fertigungstypen: Chargen, Einzel, Partie, Massen, Serien, Sorten „Diskret“
Fabrik: Ort der Fertigung
Bem.: Begriffe werden
meistens synonym verwendet
Quelle: Wirtschaftslexikon Quelle: Kummer/Grün/Jammernegg: Grundzüge der Beschaffung, Produktion und Logistik, Pearson, 2006, S. 135
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Herausforderung „Optimale“ Fertigung Anforderung „Optimale“ Fertigung
Herausforderung: Fertigungsbetriebe müssen im Wettbewerb bestehen !
Strategie: Erreichen einer „optimalen“ Fertigung (Betrieb / Prozess), d.h.
– schneller, besser, günstiger
– bei gleicher oder besserer Qualität
– als der Durchschnitt bzw. Wettbewerb
Lösung: Ganz einfach eine gute (optimale) Performance erreichen und halten !
Aber: Eine gute Fertigungsperformance erzielen ist nicht einfach, weil
– mangelndes präzises Verständnis von Performance
– keine klar definierte Zielgrößen
– keine durchgängige und abgestimmte Zielumsetzung
– nicht deterministisches Fertigungsgeschehen
– schwer zu messen und überprüfen
– sehr komplexe Aufgabenstellung
– keine guten Fertigungssteuerungsverfahren und Werkzeuge
– …
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Optimierung Fertigungsperformance 1. Blick: Langfristige Zielstellungen
• Zunächst Eindruck klarer langfristiger Zielstellungen (Strategien)
• Bei näherer Betrachtung ungenaue Festlegungen und Formulierungen
• Und leider • viele • unterschiedliche • vage • widersprüchliche • häufig konträre • nicht abgestimmte • …
• Also: verschiedenste Meinungen, Auffassungen und Interpretationen ?!
• Wie zu umgehen ?
Stabil
Effizient
Gewinn maximiert
Flexibel
Kosten reduziert
Balanced
Termin treu
…
Was ist denn eine gute Fertigungsperformance ?
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Problem 1: Wie formuliere (quantifiziere) und messe ich präzise Ziele ?
– Jeder Fertigungsbetrieb hat andere Ziele und Vorstellungen zu einer gute Performance in Zahlen
– Beispiele sind: – Durchlaufzeit – Streuung der Durchlaufzeit – Durchsatz – Fluss-Faktor – Termintreue – Bestand (WIP & Lager) – Auslastung – OEE – Rüstaufwand – …
Problem 2: Wie bringe ich diese insgesamt stimmig und gemeinsam koordiniert ?
– Einzelne Indikatoren sind oftmals nicht allumfassend und betreffen nur Teilaspekte der Fertigung
– Häufig auch konkurrierend, z.B. Durchlaufzeit – Auslastung - Bestand
– Nicht selten widersprechend umgesetzt (z.B. etwa Bezahlung Schichtpersonal nach Stückzahl obwohl das Gesamtziel die Liefertreue ist !)
Optimierung Fertigungsperformance 2. Blick: Präzise, messbare und abgestimmte Indikatoren
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Wichtigkeit bestimmter Indikatoren für Dritte ?
Optimierung Fertigungsperformance Umfrage: Ranking wichtiger Indikatoren
Nicht überraschend ... • Fab Durchsatz oben • Durchlaufzeit oben • Termintreue oben • …
(alle leicht messbar)
Überraschend … • Anlagendurchsatz
unwichtig aber Fab Durchsatz wichtig
• Mitarbeiterauslastung (schwer messbar)
• OEE nicht so wichtig ? • …
Quelle: Handbook of Production Scheduling (Jeffrey W. Herrmann)
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Problem 3: Fertigungs-Geschehen ist hoch variabel (nicht deterministisch).
– Die Variabilität wird erzeugt durch viele geplante oder ungeplante Ereignisse, wie Wartungen, Ausfälle, Krankenstände, unsinnige Arbeitsschritte, ungünstige Planung, etc.
Ergebnis der Variabilität:
– starke Schwankungen innerhalb der Fertigung bezüglich der Ankünfte der zu produzierenden Elemente.
– Diese Schwankungen führen zu wellenartigen Bewegungen innerhalb der Fertigung und zu Kapazitätsverlusten an den jeweiligen Anlagen.
Optimierung Fertigungsperformance 3. Blick: Variabilität der Fertigung
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© 2016 SYSTEMA GmbH
Problem 4: Viele Einflussfaktoren sind aus operativer Sicht kaum beinflussbar.
Aber: Eine Fertigungssteuerung kann diese Probleme mildern, oder auch verschärfen (wenn nicht sinnvoll angewendet).
– Bei welchen Faktoren kann man wirklich aktiv gegensteuern ?
Anlagen-Ausfälle
Produktmix
Arbeitspläne
Wartungen
Fertigungs-steuerung („-“)
Krankenstand
Optimierung Fertigungsperformance 4. Blick: Beeinflussbarkeit der Einflussfaktoren
Nicht /
kaum
Eher
Gut /
Besser
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Sinnvolle & proaktive Fertigungssteuerung Werkzeug zur Optimierung der Fertigungsperformance
Die Fertigungssteuerung ist eines der wichtigsten Werkzeuge und Verfahren zum Erreichen einer guten Fertigungsperformance !
• Unter „Fertigungssteuerung“ versteht man Planen, Veranlassen, Überwachen und Sichern der Durchführung der freigegebenen Aufträge und Produktionsprozesse.
• Sie hat die Aufgabe der bestmöglichen Koordination
aller Vorgänge in der Fertigung: – Materialbeschaffung, Materialbevorratung, Materialbereitstellung,
– Steuerung nach Erzeugnis-Struktur und Stücklisten,
– Einplanung und Durchführung der Fertigungsaufträge,
– Festlegen von Kapazitätsnutzung und Terminen,
– Ausgleich von Ausfällen und Engpässen,
– Maschinenbelegungspläne,
– usw.
Quelle: Wirtschaftslexikon
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Sinnvolle Fertigungs-steuerung
Agieren statt Reagieren (proaktiv)
Sinnvolle & proaktive Fertigungssteuerung Verfolgen Ganzheitlicher Ansatz
• Klärung und Präzisierung der zu erreichenden Ziele
• Auswahl und Messung der geeigneten Indikatoren
• Möglichst hoher Automatisierungsgrad (wenige manuelle Eingriffe)
• Verwenden geeigneter Verfahren und Werkzeuge zur Steuerung (z.B. Scheduling, Dispatching, …)
• Planung und Koordination unter Einbeziehung aller Einflussgrößen
• Wartung
• Personaleinsatz
• Engpass Management
• Produktionsplanung
• Operative Steuerung
• Ständige (dynamische) Anpassung der Fertigungssteuerung an bekannte Probleme
• Sicherstellen Datenqualität
Verfolgen ganzheitlicher Ansatz
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Sinnvolle Fertigungs- steuerung
Agieren statt Reagieren (proaktiv)
Schlechtes Beispiel:
Flughafen Berlin-Brandenburg
Problem:
Kein Steuerungsmechanismus kann ein schlecht geplantes und falsch dimensioniertes System optimieren, so dass es sinnvoll operieren kann
Sinnvolle & proaktive Fertigungssteuerung Verschiedene Beispiele (1 von 2)
Schlecht geplant (zu klein), laufende Zielveränderung, nicht abgestimmt, …
nur Reaktion auf Probleme Datenqualität; Kein Monitoring
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Ok, aktuell noch zu wenig Auslastung, kann aber schrittweise verbessert werden …. Und unter Preisgabe „Weltkulturerbe“
Sinnvolle & proaktive Fertigungssteuerung Verschiedene Beispiele (2 von 2)
Sinnvolle
Fertigungs-
Steuerung
Agieren statt Reagieren (proaktiv)
Besseres Beispiel:
Waldschlösschen – Brücke Dresden
Gut geplant (ausreichende Dimension), präzise Ziel-setzung, Abstimmung
Lange vorab; Ständig aktualisiert und überwacht; gute Datenqualität; …
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Dispatching und Scheduling sind 2 häufig angewandte Werkzeuge und Verfahren zur sinnvollen und proaktiven Fertigungssteuerung.
Sie werden oftmals (fälschlich) als Synonyme verwendet.
Instrumente Dispatching und Scheduling 2 häufige Lösungsverfahren der Fertigungssteuerung
Dispatching Scheduling
„Einplanen“ • Verfahren zur Berechnung
Belegungsplan (Tasks, Ressourcen, Randbedingungen)
• Plan für Zeitraum = [t1 : t2] • Alle 15 min – 8 Std • Stärker abstrahierte
Fertigungsrelevante Zustände
„Einlasten“ • Verfahren zu Bestimmung Reihenfolge
Task / Ressource • Priorisierung für Zeit = t0 • Ständig in Realzeit • Sehr detaillierte / konkrete Fertigungs-
relevante Zustände (z.B. „Process Capabilities“)
≠
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Instrumente Dispatching und Scheduling Einordnung und Klassifizierung
Ebene 2: Kapazitäts- / Bedarfs-Plan Langfristig (Monate - ½ Jahr) Statisch (Durchsatz, Verfügbarkeit, ..)
Ebene 1: Produktions-Plan Langfristig (½ - 2 Jahre) Statisch (Durchsatz, Verfügbarkeit, ..)
Ebene 3: Anlagenbelegungs-Plan Tool Typ (oder einzelnes Tool) 15 min – 8 Std Semi-Dynamisch
Ebene 4: Dispatchliste Anlagenfein; alle Details Echtzeit /Jetzt-Situation (Sek) Dynamisch
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Datenqualität: Fertigungssteuerung und Optimierung sind nur mit hinreichender Datenqualität möglich!
Dies beginnt schon mit der Erkennung des eigentlichen Problems …
Einsatz- und Rand-Bedingungen Datenqualität
Häufig anzutreffen … • Manuelle Ereignis Erfassung • Wartungszeiten nicht verfügbar • Keine / Ungenaue Prozesszeiten • Kein Tracking von Rework, Loss, Bonus • Notwendigkeit von Reinigung,
Kalibrierung nicht im System • Kein Process Capability Modell • Abmachungen auf Papier an Anlage • Viele Regeln nur in den Köpfen des
Personals • …
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Reporting und Monitoring der Fertigung legt den Grundstein für spätere Optimierungsprojekte. Die Elemente eines fertigungsweiten Reportings sollten Vertrauenswürdig, Umfassend und Korrekt sein und keine „Schönfärberei“ des aktuellen Zustandes. Das setzt voraus …
Einsatz- und Rand-Bedingungen Reporting und Monitoring
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Berücksichtigen der Low-Runner
Technologien
fertigungsbezogen
Berücksichtigung Nicht produktiver
Lose + Testlose
Bestimmen von Transport- und
Wartezeiten
Unterscheiden Testaktivitäten von Produktiv-
Nutzung
anlagenbezogen
Präzise Erfassung der Zustände
(manuell)
Präzise Unterscheidung der Statusevents
Lostyp einheitliche
Erfassung der Produktivzeiten
losbezogen
Akkurate Los-Stati und
Datenerfassung
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Zielstellung: Simulation des gesamten Fertigungs-Systems mit
hoher Genauigkeit (z.B. Transport, Identifikation, Produkt & Material
Fluss, Dispatching, Scheduling, …) Vorhersagen und Auswirkung
Einsatz- und Rand-Bedingungen Simulation
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Wozu ? • Design neuer Fertigungs-
Linien
• Effiziente Verbesserung
existierender Linien
• Verhalten von Regeln für
Hoch Automatisierung
• Wirkung von Dispatching [&
Scheduling] Regeln (EDDI)
• Realzeit KPI Vorhersage
durch BI & Reporting (RI
Suite)
• Automatisiertes Software /
Testen
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Einsatz- und Rand-Bedingungen Integration von Dispatcher / Scheduler
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Was …
• Stamm-Daten (Produkte, Routen, Operationen, Equipment, Rezepte, …) • Bewegungs-Daten (Los Bewegung & Zustands-Änderung, Anlagen Zustands-
Änderung, Timer, Durchlaufzeit, Critical Ratio, Liefertermin, WIP & Inventar, …) • Run-able und Capable Validierung • Exception Handling (Timer Überschreitung, nirgends Capable, WIP zu niedrig, .) • Process Capability Modell und Abnutzung / Verbrauch • Kanban System • …
Wie …
• SOA Architektur (MoM oder ESB basiert) • Ereignis Getrieben • Publish / Subscribe Prinzip • Strategie Re-Synchronisation • …
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Ziel: ganzheitlicher Optimierungsansatz innerhalb der Fertigung unter Nutzung verschiedenster Komponenten wie
Mehr Details in den folgenden Präsentationen …
SYSTEMA Zielsetzung Ganzheitlicher Optimierungs-Ansatz
20
SYSTEMA Manufacturing Optimization Suite
MES
EI
Customer Equipment
Customer Data
Warehouse Dispatcher
Scheduler
RI-Suite Simulation
Knowledge & Experience
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