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Manfred Austen CEO Instrumente zur Optimierung der Fertigungsperformance Einführung Dispatching und Scheduling 30.11.2016

Instrumente zur Optimierung der Fertigungsperformance · 2016. 12. 7. · – 4. Blick: Beeinflussbarkeit der Einflussfaktoren • (3) Sinnvolle und proaktive Fertigungssteuerung

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Page 1: Instrumente zur Optimierung der Fertigungsperformance · 2016. 12. 7. · – 4. Blick: Beeinflussbarkeit der Einflussfaktoren • (3) Sinnvolle und proaktive Fertigungssteuerung

Manfred Austen

CEO

Instrumente zur Optimierung der Fertigungsperformance Einführung Dispatching und Scheduling

30.11.2016

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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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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

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SYSTEMA Manufacturing Optimization Suite

MES

EI

Customer Equipment

Customer Data

Warehouse Dispatcher

Scheduler

RI-Suite Simulation

Knowledge & Experience