Produktionsplanung und -steuerung · 08.04.2014 1 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn HNI Produktionsplanung und -steuerung

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HNI

Produktionsplanung und -steuerung

Prof. Dr.-Ing. habil. Wilhelm DangelmaierHeinz Nixdorf InstitutUniversität PaderbornWirtschaftsinformatik, insb. CIMFürstenallee 1133102 Paderbornhttp://wwwhni.uni-paderborn.de/cim/

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HNIOrganisatorisches

K 184.23321

Montag 14 – 16.00 Uhr, D 2

Dienstag 16 – 18.00 Uhr, D 2

Alle Unterlagen in Paul und auf der Homepage

http://www.hni.uni-paderborn.de/index.php?id=320

Veranstaltung am 14. April fällt aus!

W2332-01: Produktionslogistik

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HNIOrganisatorisches

K 184.23322 Konzepte und Methoden des Supply Chain Managements

Frau Dipl.-Ing. U. Mussbach-Winter

Blockveranstaltung

21. – 23. Mai 2014


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Gliederung

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HNIGliederung

Teil 1 Produktionsplanung und -steuerung – Grundlagen

Teil 2 Modelldefinition: Zeit, Verbrauchsfaktoren, Gebrauchsfaktoren

Teil 3 Herstellung der Konsistenz im Knoten: Mengenplanung, Terminplanung

Teil 4 Herstellung der Konsistenz in Mikro- und Makrostrukturen

Teil 5 Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten Produktion – Bedarfsorientierter Anstoß der Produktion, verbrauchsorientierte Produktion


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HNI1. Einführung: Worum geht es hier?


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Teil 1

Produktionsplanung und -steuerung – Grundlagen

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HNIProduktionsplanung und -steuerung - GrundlagenProduktion als Input-Output-System mit Begrenzungen


INPUT OUTPUTTRANSFORMATION

Produktionsfaktor Produktion Produkte

Transformationsprozesse sind Geschehen, bei denen eine Menge an materiellen und immateriellenElementen als Input eingesetzt wird, um einen andersartigen Output zu erhalten. Handelt es sich beieinem solchen Transformationsprozess um die Produktion, so bezeichnet man den zutransformierenden Input und den angestrebten Output als Güter. Output der Produktion sind dieProdukte, wobei materielle und immaterielle Produkte sowie Dienstleistungen unterschieden werden.Input der Produktion sind die Produktionsfaktoren.

Produktion als Input-/Output-Prozess

„Die Produktion ist der betriebliche Umwandlungs- und Transformationsprozess, durch den aus denEinsatzgütern andere Güter oder Dienstleistungen erstellt werden“.

Die Produktion „ist eine zeitliche Folge von Erzeugungen und Verbräuchen bzw. Nutzungenwirtschaftlicher Güter und setzt sich aus einer Vielzahl von Einzelprozessen zusammen, die eineUmwandlung bzw. Umformung realer Gegebenheiten (Stoff, Energie, Information) oder eineVeränderung ihrer Koordinatenwerte im Raum-Zeit-Kontinuum (Transport, Lagerung) bewirken ..."

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HNI

Ein Produktionssystem ist eine technisch, organisatorisch (und kostenseitig) selbständige Allokationvon Potentialfaktoren zu Produktionszwecken: „Das im Bereich eines Produktionssystems ablaufendeGeschehen ist ein mehrdimensionales Phänomen und wird mit der Bezeichnung Produk-tion(sprozess) belegt ...“.

„Ein ökonomisches System heißt ein Produktionssystem, wenn es innerhalb eines bestimmtenZeitraumes ... aus Gütern besteht und Güter produziert und ... eine Umgebung besitzt, aus der esGüter entnehmen und an die es Güter abgeben kann“.

Ein Produktionssystem besteht aus (elementaren) Arbeitssystemen, die die kleinste Einheit einerKombination der Potentialfaktoren Betriebsmittel und Arbeitskräfte darstellen und eine oder mehrereKlassen von Transformationen durchführen können.


Produktionsplanung und -steuerung - GrundlagenProduktion als Input-Output-System mit Begrenzungen

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HNI

Der Transformationsprozess lässt sich klassifizieren:

-ZustandstransformationMaterielle oder immaterielle Güter (z. B. Blechteile als materielle Güter und Wissen als immaterielles Gut) werden genutzt, um Güter anderer Qualität zu erzeugen (z. B. Automobil oder Verfahrensvorschrift).

- ZeittransformationDer Output erfolgt zu anderen Zeitpunkten als der Input, ohne dass dabei eine Zustands-transformation stattfindet. Realisierung sind Lager- oder Warteprozesse.

- OrtstransformationEine Ortstransformation wird durch jeden Transportvorgang bewirkt.


Produktionsplanung und -steuerung - GrundlagenProduktion als Input-Output-System mit Begrenzungen

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HNI„Planung wird als gedankliche Vorwegnahme künftigen Geschehens durch systematischeEntscheidungsvorbereitung und Entscheidungsfällung verstanden. Sie beinhaltet einen Entscheidungs-prozess, in dem zur Lösung eines Problems zielorientiert Alternativen zu suchen, zu beurteilen undauszuwählen sind. Dies geschieht unter Zugrundelegung einer Zielfunktion“.

Ein Plan ist ein Entwurf, der diesen Prozess als Ergebnis dokumentiert.

Aufgaben der Planung

- Definieren: Festlegen der Ziele, der Maßnahmen und der benötigten Mittel- Koordinieren: Zielgerichtetes Abstimmen der Ziele, Teilpläne, Maßnahmen und Mittel- Veranlassen: Initialisierung der Planrealisierung / -umsetzung- Sichern: Schaffen von Reserven für den Fall der Planabweichung.

Um die Ziele eines übergeordneten Plans zu erreichen, müssen in einer nachgeschalteten Planung imSinne einer Ziel-Mittel-Relation koordinierende Maßnahmen angesprochen werden, die ihrerseits ineinem detaillierteren Plan resultieren.


Produktionsplanung und -steuerung - GrundlagenPlanung und Steuerung

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HNI

Merkmale von Planungssystemen

„Detailliertheit“ bezeichnet die Genauigkeit der Planung (Grobplanung - Feinplanung)

„Differenziertheit“ drückt die Tiefe der Gliederung in Subsysteme und deren zugeordnete Teilpläne aus.

Die sachliche Differenzierung untergliedert bspw. in einem Absatz-, einen Produktions- und einenBeschaffungsplan, die in dieser Reihenfolge aufeinander aufbauen (funktionale Gliederung, Objekt-Gliederung).

Die zeitliche Differenzierung wird von Planungshorizont, -zyklus und Zeitabschnitt charakterisiert (zeitliche Gliederung).

Häufig ist der von Planungshorizont und Heute-Linie aufgespannte Zeitraum größer als derPlanungszyklus, so dass zusätzlich zur Reihung eine zeitliche Überlappung von Plänen vorliegt.Dann wird von rollierender Planung gesprochen.



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HNI

Koordination

Eine retrograde Planung leitet aus strategischen Plänen taktische und operative Pläne ab. DieAbleitung erfolgt unter inhaltlichen Aspekten, analytisch von oben nach unten (top-down) und mitsteigendem Differenzierungsgrad.

Die progressive Planung erarbeitet auf der Grundlage der operativen Pläne längerfristige taktischeund strategische Pläne mit einem sinkenden Differenzierungs- und steigenden Aggregationsgrad. Diestrategische Planung verliert dabei ihre Leitfunktion.

Das Gegenstromverfahren kombiniert diese beiden Verfahren beginnend auf der strategischen Ebenemit der Aufstellung vorläufiger Pläne. Taktische und operative Planungsstufen enthalten differenzierteAlternativpläne mit kürzerer zeitlicher Reichweite. Der gegenläufige Prozess der Realisier-barkeitskontrolle setzt auf der operativen Ebene ein. Der Planungsprozess endet mit der Fest-schreibung strategischer Pläne.



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HNISteuerung

„Steuerung ist ein Vorgang in einem System, bei dem eine oder mehrere Inputgrößen die Outputgrößenaufgrund der Gesetzmäßigkeiten des Systems beeinflussen“ (siehe [DIN19226]).

Beispiel: Bei einem Autoradio verändert der Fahrer (Steuerglied) eines Pkw bei steigendemFahrgeräuschpegel (Störgröße) die angelegte Spannung (Stellgröße), bis er wieder alles im Radio mitausreichender Lautstärke (Steuergröße) verfolgen kann. Mit abnehmendem Geräuschpegel verringerter die Lautstärke des Radios wieder auf ein angenehmes Maß.

Regelung

Viele technische Prozesse erfordern das Halten einer Regelgröße auf einen vorgegebenen Sollwert,der Führungsgröße, auch wenn Störgrößen dagegenwirken. „Regeln ist ein Vorgang, bei dem dieRegelgröße (Output) fortlaufend erfasst, mit der Führungsgröße (Input) verglichen und abhängig vondiesem Vergleich über entsprechende Änderungen der Stellgröße im Sinne einer Angleichung an dieFührungsgröße angepasst wird“ [DIN 19226].



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HNI

Produktionsplanung und -steuerung als operative Planung

„Dem Produktions-Management obliegt die zielorientierte Planung und Steuerung der Leistungserstellung.“

Produktionsplanung umfasst dabei die systematische Suche und Festlegung der gegenwärtigenHandlungsmöglichkeiten. Sie entspricht dem Willensbildungsprozess. Dieser impliziert wertendeStellungnahmen aufgrund der Zielvorstellungen.

Produktionssteuerung ist die Willensdurchsetzung des Plans in der Realität. Ohne Störungen wäremit dem Auslösen und Realisieren die Durchsetzung beendet. Da aber Abweichungen eher die Regelals die Ausnahme sind, müssen Kontroll- und Sicherungsmaßnahmen vorgesehen werden.



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HNIProduktionsplanung und -steuerung als operative Planung

Hauptaufgabe der strategischen Produktionsplanung ist das Schaffen und Erhalten einer wettbe-werbsfähigen Produktion.

Zu den Aufgaben der taktischen Produktionsplanung werden Entscheidungen über die Produkte und die Produktgestaltung, die Personal- und Betriebsmittelkapazitäten sowie über die Organisation der Produktion gezählt.

Die operative Produktionsplanung, auf der hier das Hauptaugenmerk liegen soll, wird üblicherweiseals Produktionsplanung und -steuerung (PPS) bezeichnet. Ihre Aufgaben sind - unterZugrundelegung der Entscheidungen und Festlegungen der strategischen und taktischenProduktionsplanung - der möglichst „optimale“ Einsatz der vorhandenen Produktionsfaktoren und derwirtschaftliche Vollzug der Aufgabenerfüllung.



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HNIAufgabe 1Kennzeichnen Sie die korrekten Aussagen zu Transformationsprozessen in der Produktionsplanung und -steuerung

a. Ein Transformationsprozess besteht aus Input, Transformation und Output

b. Output der Produktion sind Produkte, wobei materielle und immaterielle Produkte sowie Dienstleistungen unterschieden werden.

c. Ein Transformationsprozess lässt sich klassifizieren in Zeittransformation, Ortstransformation und Zustandstransformation.

d. Eine Zeittransformation umfasst Transport- oder Fördervorgänge.

e. Bei der Zustandstransformation werden materielle oder immaterielle Güter genutzt, um Güter anderer Qualität zu erstellen.

f. Bei der Zustandstransformation sind ausschließlich materielle Güter (wie z.B. Holzplatten) relevant. Das Know-how eines Mitarbeiters ist dabei unerheblich.

g. Die Realisierung der Zeittransformation sind Lager- und Warteprozesse.

h. Zu den Maßnahmen der Ortstransformation zählen Renovierungsarbeiten an oder Ausbauten der Montagehalle. Auch z.B. die Verlegung eines ganzen Montagestandortes zählt zur Ortstransformation.

i. Eine Ortstransformation umfasst Transport- oder Fördervorgänge.



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HNIAufgabe 2Kennzeichnen Sie die korrekten Aussagen zur Planung

a. Ein Plan ist eine gedankliche Vorwegnahme künftigen Geschehens durch systematische Entscheidungsvorbereitung und Entscheidungsfällung.

b. Die Analyse unterschiedlicher Alternativen wird nicht vorgenommen. Grundlage sind stattdessen komplexe Prognoseverfahren.

c. Zu den Aufgaben der Planung gehören: definieren, koordinieren, veranlassen und sichern.

d. Mit einem zunehmenden Detaillierungsgrad werden die Genauigkeit einer Planung und damit der Bezug zur Realität erhöht.

e. Eine Unterteilung der Planungsaufgaben kann sachlich nach Funktionsbereichen sowie nach der zeitlichen Reichweite der Konsequenzen der zu planenden Aktivitäten erfolgen.



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HNIAufgabe 3Kennzeichnen Sie die korrekten Aussagen zur Koordination

a. Die Aufgabe Koordination setzt die Ereignisse des Leistungserstellungsprozesses in sich und mit den Ereignissen der Umwelt in Relation.

b. Im Rahmen der Koordination wird unterschieden zwischen der retrograden Planung, der progressiven Planung, der persistenten Planung und dem Gegenstromverfahren.

c. Die persistente Planung leitet aus Plänen vergangener Perioden operative Pläne ab. Eine Anpassung der alten Pläne hinsichtlich aktueller Anforderungen wird dabei unterlassen.

d. Auf Grundlage der operativen Pläne erarbeitet die progressive Planung längerfristige taktische und strategische Pläne mit einem sinkenden Differenzierungs- und steigenden Aggregationsgrad.

e. Das Gegenstromverfahren ist eine Kombination aus der retrograden Planung, der progressiven Planung und der persistenten Planung.



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W2334-01: Methoden der Planung und Organisation

Produktionsplanung und -steuerung - GrundlagenBeispiele

Konstruktion

Fertigungs-planung

FertigungProduktions-programm-planung

Mengen-planung

Termin- u. Kapazitäts-Planung

Auftrags-veranlas-sung

Auftrags-überwach-ung

Kunde

Qualitäts-sicherung

Entwicklung

Lieferant

PPSPPSPPSPPS PPS

CAP

PPS

CAD

CAD

CAM

CAQ

Materialfluss

Auftragsabwicklung

Produktdefinition / -erstellung

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WE TeilefertigungTrans-

portOber-fläche

Trans-port Montage WA

Arbeitsplan entsprechend Organisationsform

Erzeugnisstruktur

LieferantKunde

Zeit

abnehmendeDetaillierung

Zeit

abnehmendeDetaillierung



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Mechan.Fertigung Montage Prüfen Lager Versand

Absatz-planung

Einkauf

Mengenplanung

Produkt.-Prog.

Aufträge

Bestellung

Termin-planung

Termin.auftrag

Rückmel-dung

Rückmel-dung

Entwicklung Konstruktion Fertig.-Planung

Stücklisten Arbeitspläne

Kunde

Fertigungssteuerung

Materialfluss

Informationsfluss

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ProduktionsprogrammErzeugnis A

Erzeugnis X

Stücklisten

Erzeugnis A

Arbeitspläne

Teil B

Teil C

A

C2 *B

AG 1 AG 2 AG 3

AG 1 AG 2 AG 3 AG 4

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BerlinPlastikteile

WülfrathEinzelteile

KölnEndmontageMotorenGetriebeErsatzteil-Depot

DürenAchsen

GenkRäderEnd-montage

50135 km

SaarlouisEndmontage

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NL

GB

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Fordwerke AGStandorte und Produkte



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MéxikoPuebla/Mexikoluftgekühlte Motoren Motor EA 827/EA 113 Motor EA 086

BrasilienSao Carlos/Brasilien Motor EA 111 Motor EA 113

SüdafrikaUitenhage/ Südafrika Motor EA 827 Motor 5 Zyl. Reihe

BrasilienAnchieta/Brasilien Motor EA 827 AP

Automotive Comp.Changchun/China Motor EA 827/EA 113)

Automotive Comp.Schanghai/China Motor EA 827/EA 113)

Motor PolskaPolkowice/PolenMotor EA 188 PD (4 Zyl.)

Hungaria MotorGyör/Ungarn Motor EA 827/EA 113 Motor EA 188 PD(4 Zyl.) Motor V6/V8

AutomobilováMladá/Boleslav/Tschechische Rep. Škoda-Motor

SachsenChemnitz/DeutschlandMotor EA 111 (3 u. 4 Zyl.)

VolkswagenSalzgitter / DeutschlandMotor EA 827 ff Motor EA 188PD (3/4 Zyl./4V) Motor EA 111 (4 Zyl.) Motor 5 Zyl. Reihe/kurz Motor VR5/VR6 Motor W8 / W12 / W16 u. V10 Marinemotoren Industriemotoren

MéxikoPuebla/Mexikoluftgekühlte Motoren Motor EA 827/EA 113 Motor EA 086

BrasilienSao Carlos/Brasilien Motor EA 111 Motor EA 113

SüdafrikaUitenhage/ Südafrika Motor EA 827 Motor 5 Zyl. Reihe

BrasilienAnchieta/Brasilien Motor EA 827 AP

Automotive Comp.Changchun/China Motor EA 827/EA 113)

Automotive Comp.Schanghai/China Motor EA 827/EA 113)

Motor PolskaPolkowice/PolenMotor EA 188 PD (4 Zyl.)

Hungaria MotorGyör/Ungarn Motor EA 827/EA 113 Motor EA 188 PD(4 Zyl.) Motor V6/V8

AutomobilováMladá/Boleslav/Tschechische Rep. Škoda-Motor

SachsenChemnitz/DeutschlandMotor EA 111 (3 u. 4 Zyl.)

VolkswagenSalzgitter / DeutschlandMotor EA 827 ff Motor EA 188PD (3/4 Zyl./4V) Motor EA 111 (4 Zyl.) Motor 5 Zyl. Reihe/kurz Motor VR5/VR6 Motor W8 / W12 / W16 u. V10 Marinemotoren Industriemotoren

Cosworth TechnologiesNorthampton/England Motoren

Konzernstandorte MotorenbauBusiness Unit Salzgitter /



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Bei 15 Code aus 80 Möglichkeiten stehen die Chancen bei:

1 zu 6.635.000.000.000.000(Beispiel C-Klasse)

73,9975 Mio. km3 bzw. 102fache der Erdoberfläche

Komplexität bei der Konfiguration von KundenaufträgenBeispiel: DaimlerChrysler AG, C-Klasse - Vorproduzieren ist nicht möglich!


Produktionsplanung und -steuerung - GrundlagenBeispiel: Produktionslogistik

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SPOC = Shortest Possible Order Cycle (kürzest möglicher Orderdurchlauf)

10 AT

1 ATOrder

6 ATProduktion 3 AT

4 ATTagespakete

2 ATMontage/Finish

2 ATDistribution

1 ATHändler

Ord

erz

uga

ng

Term

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estä

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gS

tatu

s 1

2

Tage

sein

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nung

Sta

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50

Mo

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Sta

tus

53

Pro

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F2

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60

An

liefe

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del

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n K

un

den

Prozessdurchlaufzeit ROC/SPOCBeispiel: BMW AG



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Kunden-aufträge

Aus-liefer-ung

Auftrags-einplanung Roh-

bauOber-fläche

Montage

ProduktionssteuerungTermincontrolling

Auftragssteuerung

Materialbeschaffungs-prozess

Produkt-entstehungs-

prozess

Ca. 1000 Lieferanten

Vertriebs- und Produktionsprogrammplanung

Auftrags-planung

Planung Sonderausstattungs-kapazitäten

Produktionsprogramm

Arbeitskräftebedarfsplanung

MarkteinflüsseHistorie, Anläufe

Kapazitäten Kundenauf-träge

Kernfertigung: Vom Push-Prinzip zum Pull-PrinzipBeispiel: DaimlerChrysler AG



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Bisherige Fahrzeugsteuerung

Rohbau

Montage

Lack

Fahrzeug

Rohbau

Montage

Lack

Fahrzeug

Produktions-vorgabe für Lackiererei

Produktions-vorgabe für Montage

Speicher Speicher

SpeicherSpeicher

Orders in Soll-Rohbau-Startreihenfolge

Jetzt: Einhalten der geplanten Startreihenfolge

Produktions-vorgabe

Abgabe-anforderung an Rohbau

Produktions-vorgabe

Abgabe-anforderung

an Lackiererei

Orders in Soll-Montage-Startreihenfolge

Kernfertigung: Vom Push-Prinzip zum Pull-PrinzipBeispiel: BMW AG



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Ordernummer: 8900351Sachnummer MengeStossfänger: vorne rot 1Stossfänger: hinten rot 1

Ordernummer: 8345675Sachnummer MengeStossfänger: vorne blau 1Stossfänger: hinten blau 1

Ordernummer: ...Sachnummer Menge... ... ...... ... ...

Abrufnummer: 478978Termin: 20.05.2001, 15:33Ordernummer: 8900351Sequenz: 23401Fahrgestellnummer: CF56789Montageort: VL0202

Abrufnummer: 478995Termin: 20.05.2001, 15:35Ordernummer: 8345675Sequenz: 232402Fahrgestellnummer: CF56800Montageort: VL0202

Abrufnummer: ...Termin: ..., ...:...Ordernummer: ...Sequenz: ...Fahrgestellnummer: ...Montageort: ...

Teilefamilie Stossfänger: was, wieviel? Teilefamilie Stossfänger: wann, wo?

Interne und externe Materialversorgung: Standardproduktionsabruf (SPAB); Beispiel: BMW AG



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PressteilFahrzeug-boden einlegen

Fahrzeug-identifikation

Sitzschienenschweißen

Schaltungs-aufnahme Triebwerk-konsole schweißen

Radhaus vornHinterbauVorderboden schweißen

Betriebs-konsole schweißen

Wasser-kastenschweißen

Inspektion elektronische Maßkontrolle

Bolzen-schweißen

Schutzgas-schweißen

Heck-Abschlussteil schweißen

Windfang schrauben

maßbestim.Station A:Exaktes Fixieren und Ausschweißen

Drehrahmen hinten clipsen

Seite clipsen

Stirnwandschweißen

Dachschweißen

Dachrahmen vorn schweißen

Inspektion elektronische Maßkontrolle

Kommissio-nierung Kleinteile

Schweißen Hartlöten Schleifen Türen vorne Türen hinten anbauen

Kotflügel anbauen

Kofferraum-klappe Motorhaube anbauen

Scharniere anbauen

Inspektion Rohbau-Finish

Kommissio-nierung Anbauteile

Speicher für exakte Zuführung der Anbauteile

Klappen-fertigung

Türen-fertigung

Bodenschweißstraße

Karosserie-KomplettierungLackiererei

ZuführungPressteile undSchweißuntergruppen

Türen / Klappen /Kotflügel

Karosserie-Aufbau

Karosserie-unterbau

Automatisierter BereichFertigung mit Roboternmanueller BereichGruppenfertigung in ArbeitsstationenLinienfertigung FließbandGruppenfertigungFahrerloses Transportsystem (FTS)


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HNI

Spine

Ladehof

Lkw-Auffahrt Lkw-Abfahrt


Produktionsplanung und -steuerung - GrundlagenBeispiel: Werkstrukturplanung

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Komplettierungslinie

Instand- haltung

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Pleuelfertigung

Kurbelwellenfertigung

Zylinderkurbelgehäuse-fertigung

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Werkzeugvorein- stellung / - Lager

Instandhaltung

Qualitätssich.

Nockenwellenfertigung

Zylinderkopffertigung

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HNIVollautomatisches Bus- und Verteilsystem für elektronische Bauelemente mit 4 dezentralen Puffern und 2 Rotary Racks. Durchschnittlich wird alle 10 Sekunden eine Bauelementeposition automatisch kommissioniert und bereitgestellt. Die dazu erforderliche Leistung beträgt über 1100 Ein- und Auslagerungen pro Stunde.



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HNI

Hilfsregelstrecke

Die Hilfsregelstrecke ist ein Modell eines zu regelnden Realsystems, das zwischen Regler undRegelstrecke geschaltet wird. Hilfsregelstrecken sind „Versuchsstrecken“, auf denen dieAuswirkungen einer Maßnahme ohne Totzeit erprobt werden können.

Reglerr

Hilfsregel-strecke rSH

RegelstreckerS

StörgrößeXö

FührungsgrößeX

f XS

Modell als Hilfsregelstrecke


Produktionsplanung und -steuerung - GrundlagenProduktionsplanung und -steuerung als operative Planung

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HNI



Ein Modell ist ein bewusst konstruiertes Abbild der Wirklichkeit, das auf der Grundlage einer Struktur-,Funktions- oder Verhaltensanalogie zu einem entsprechenden Original eingesetzt bzw. genutzt wird,um eine bestimmte Aufgabe zu lösen, deren Durchführung am Original nicht oder zunächst nichtmöglich oder zweckmäßig ist.

Der Modellbegriff lässt sich durch die drei Merkmale Abbildung, Verkürzung, Pragmatik beschreiben [Sta73].

Das Abbildungsmerkmal besagt, dass ein Modell immer das Abbild von etws - von einem Original, das selbst wieder ein Modell sein kann - ist. Die Abbildung wird durch eine Zuordnung zwischen den Attributen des Modells und denen des Originals realisiert.

Mit dem Verkürzungsmerkmal wird die Tatsache bezeichnet, dass bei einer Modellerstellung immer nur dem Modellersteller relevant erscheinende Eigenschaften des Originals erfasst werden. Nur in Kenntnis aller Attribute des Modells und der des Originals lassen sich die Verkürzung und die davon betroffenen Attribute überhaupt feststellen.

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HNI



Unter dem pragmatischen Merkmal von Modellen ist zu verstehen, dass Modell und Original einander nicht per se zugeordnet sind. Viel mehr wird die Zuordnung von Modell und Original durch die Fragen „Für wen?“, „Wann?“ und „Wozu?“ relativiert, da ein Modell immer von einem erkennenden oder modellbenutzenden Subjekt innerhalb gewisser Zeitspannen zu einem ganz bestimmten Zweck für ein Original eingesetzt wird.

Formales ModellEin formales Modell ist ein formales System, dessen Semantik über das modellierte Original bestimmt wird.

Operables ModellEin operables Modell für eine Aufgabe enthält alle zur Lösung der Aufgabe erforderlichen Ausgangsdaten und ermöglicht zugleich die Darstellung der Zwischenergebnisse und des Endergebnisses der Aufgabe.

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HNI

Im ersten Schritt einer modellmäßigen Durchdringung kann eine Produktion als eine „Black box“betrachtet werden, in die Güter hineinfließen, die andere Güter hervorbringt und für diesen Prozesseine bestimmte Transformationsvorschrift besitzt (siehe Produktionsprogramm-Planung). DieseDetaillierung ist nur in Ausnahmefällen wie z. B. einer einstufigen Produktion oder einerMassenfertigung für eine Produktionsplanung und -steuerung ausreichend.

In der Regel muss diese black-box geöffnet und strukturierend zerlegt werden. Ein Beobachter,der in die geöffnete black-box „Produktion“ blickt, wird zu einem beliebigen Zeitpunkt Güter mitunterschiedlichen Ausprägungen bestimmter Merkmale wie Geometrie, Werkstoffbeschaffenheit,Ort, Betriebsbereitschaft, also unterschiedlichen Zuständen vorfinden.



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HNIEntscheidungsnotwendigkeit

Nur bestimmte Zustände sind relevant: Ausschließlich dort, wo die Produktionsplanung und-steuerung Entscheidungen zu treffen hat, müssen Güter und Potentialfaktoren mit ihren relevantenMerkmalen im Modell dargestellt werden (Diskretes Merkmalsmodell).

Entscheidungsnotwendigkeit besteht überall dort- wo zwischen alternativen Lieferanten oder Materialien gewählt werden muss,- wo es nicht gelingt, einen mit einheitlicher Geschwindigkeit fortschreitenden Güterfluss

aufzubauen- wo durch Bedarfsanmeldungen aus nachfolgenden Prozessstufen infolge begrenzter

Kapazitäten temporäre Nichtverfügbarkeiten entstehen können.

Zwischen diesen Entscheidungspunkten wird die Produktion als black-box bzw. als Input-Output-System betrachtet; innerhalb jeder Einzel-black-box wird ein selbständig sich vollziehender undfunktional eindeutig zu beschreibender Transformationsprozess ohne Entscheidungsnotwendigkeitvorausgesetzt.



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HNI

Entscheidungsnotwendigkeit und Zeitmodell

Entscheidungen werden nicht kontinuierlich, sondern zu bestimmten Zeitpunkten oder bei bestimmtenZuständen getroffen. Zwischen diesen Zeitpunkten vollzieht sich das Geschehen in der Produktionselbständig (Diskretes Zeitmodell).

Ein anderes Verständnis würde auch die Unterteilung in Einzel-black-boxen konterkarieren. DerSpielraum liegt dann z. B. darin, dass man nach Belieben über dieser zeitlichen black-box gleichmäßigoder erst zu deren Ende abliefern kann; aber zu Abschluss des Zeitraums muss die Transformation(Veränderung der Geometrie, des Orts, des Status usw.) geleistet sein.

Ein diskretes Zeitmodell definiert alle Zeitpunkte, zu denen- Zustände und deren Änderungen (Ereignisse) dargestellt werden können- lenkende Eingriffe möglich sind.



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HNI

Entscheidung für Klassen

In vielen Fällen sind Güter bzw. Potentialfaktoren untereinander austauschbar. Dann findetzweckmäßigerweise eine Zusammenfassung nach Klassen statt (so z. B. „alle gegeneinanderaustauschbaren und derzeit verfügbaren Drehmaschinen“ oder „alle Teile mit der Sachnummer 4711").

Für das Zeitmodell gilt dieser Sachverhalt der Klassenbildung völlig analog. Zustandsveränderungenwerden einem Zeitpunkt zugeordnet, obwohl sie in der Realität früher oder später liegen (z. B.Einfüllen von Schrauben in einen Behälter. Die erste Schraube ist früher im Behälter als die letzte.Trotzdem kann dies alles als sich zu einem einzigen Zeitpunkt vollziehend betrachtet werden).



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Modellierungsansatz

Die Konfiguration eines Produktionssystems bzw. einer sich darin vollziehenden Produktion wird überdie angesprochenen Klassen in Form von Input-Output-Systemen beschrieben. Güter-/ Potential-faktorklassen und Transformationsprozessklassen spannen dabei als Knoten ein Netzwerk vonEinzeltransformationen und Gütern/Zuständen auf („Ablaufstruktur“). Güter-/Potentialfaktorklassenund Transformationsprozessklassen müssen sich auf einem Pfad des Netzwerks abwechseln(„bipartiter Graph“; Output der einen Transformation ist Input der Folgetransformation).

Jedem Knoten wird ein diskretes Zeitmodell zugeordnet.

Ein Zustand in einer Produktion wird über eine Markierung der Knoten beschrieben. DieseMarkierung gibt die zu einem Zeitpunkt einer Klasse zugeordneten individuellen Güter-/Potentialfaktoren oder Transformationsprozesse an. Zustandsveränderungen/Ereignisse führen zueiner Veränderung dieser Markierung.



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HNI

Modellierungsansatz

Die derart abgegrenzten Klassen von Transformationsprozessen werden als Vorgangsklassen, dieKlassen von Gütern und Potentialfaktoren als Faktorklassen bezeichnet.

Auf der jeweiligen Diskursebene einer Teilplanung wird mit der dort gewählten Granularität eineabgegrenzt betrachtete Vorgangsklasse als Vorgangsknoten, eine entsprechend abgegrenzteFaktorklasse als Faktorknoten dargestellt.

Die Individuen in einem Knoten sind Vorgänge und Faktoren.

Klasse Vorgangsklasse Faktorklasse

Vorgangsknoten

Vorgang Faktor

Faktorknoten Klassenhierarchie

Individuum

Knoten (aus-gewählte Klasse)

Individuum, Klasse und Knoten



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HNI

Ereignisse

Ein Modellereignis bildet reale und gedachte reale (also vergangene / zukünftige) Ereignisseund Zustände eines Produktionssystems ab.

Es besteht aus drei Beschreibungen:

- der Beschreibung des sachlichen Bezugs- der Beschreibung des zeitlichen Bezugs- der Beschreibung seines Ereignistyps.

Beispiele:• 50 Bürotische Buche Furnier; 27.4.99; geplanter Abgang• 50 Bürotische Buche Furnier; 27.4.99; Bestand• 20 Lieferungen à 3000 Schrauben; 34. Kalenderwoche; geplanter Zugang• 50 Getriebegehäuse; Betriebskalendertag 123; geplanter Bedarf• Montage des Autos für Auftrag „Meier“; Montags 11.00 Uhr; geplanter Beginn• Maschine 4711; Fabrikkalendertag 1311; Verschrottung



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Zugang Abgang

Mitte

Modellierungsansatz / Punkte für Ereignistypen am Faktorknoten

Punkte für Ereignistypen am Vorgangsknoten

AbgangZugang

beginnende endendelaufendeVorgänge Vorgänge Vorgänge



Zugang Abgang

beginnende Vorgänge

laufende Vorgänge

endende Vorgänge

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HNI

Modellierungsansatz / Markierung

Eine Veränderung der Markierung in einem Faktor-Knoten bedeutet, dass in einem vorgelagertenVorgangsknoten ein Vorgang beendet und/oder in einem nachgelagerten Vorgangsknoten einVorgang begonnen wurde. Die Markierung dieser Vorgangsknoten ist entsprechend zu ändern.

Bei ausgesprochener Einzelfertigung weist die Markierung für einen Vorgangsknoten über derganzen Zeitachse nur einen einzigen Vorgang nach. Liegt dagegen Wiederholfertigung vor,werden zu jedem Zeitpunkt jeweils mehrere Vorgänge begonnen bzw. beendet.

Gerichtete und bewertete Kanten verbinden die Knoten; sie geben Ströme von Faktoren wieder, diebeim Eintritt in einen/Austritt aus einem Vorgang entsprechend umgesetzt werden müssen. DieKanten selbst können keine Faktoren oder Vorgänge speichern.



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HNI

Modellierungsansatz / Markierung

Sind die Marken in einem Knoten individuell zu unterscheiden, müssen sie überMerkmalsausprägungen geeignet unterschieden („gefärbte Marken“) werden. Die Beschreibungeines Knotens ist dann nur noch ein Teil der Beschreibung eines Vorgangs oder eines Faktors.

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Tischplatte

Tischbeine

Schrauben

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1

6

1 -

Zeitpunkt 1 Zeitpunkt 2 Zeitpunkt 3

Darstellung unterschiedlicher Zeitpunkte in einem Produktionssystem



Tischplatte

Tischbeine

Schrauben

Zeitpunkt 1 Zeitpunkt 2 Zeitpunkt 3

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HNI

Modell der Produktion

Der Begriff Modell der Produktion bezeichnet die Gesamtheit aus Graph des Produktionsablaufs,Ereignistypen und Menge der gerade eingetragenen Ereignisse.

Faktor- Vorgangs- KanteZeit Arbeitsfortschrittknoten

Punkt im ModellInterpretationen Modellereignis Zeitmodell

Knoten



Interpretationen Modellereignis Punkt im Modell Zeitmodell

ZeitKnoten

Vorgangs-knoten

KanteArbeitsfortschritt

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HNIAufgabe 4Beantworten Sie folgende Fragen:

a. Ein Modell muss soweit wie irgend möglich und in allen Belangen mit der Wirklichkeit übereinstimmen.

b. Ein Modell ist immer richtig, weil es von einem intelligenten Subjekt erstellt wurde.

c. Ein Input-/Output-Prozess kann mit einer alternierenden Folge von Faktor- und Transformationsknoten dargestellt werden.

d. Ein Ereignis ist die Änderung eines Zustands.

e. Eine Zustandsänderung lässt sich als Änderung der Markierung der Knoten im Modell darstellen.



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Produktionsplanung und -steuerung · 08.04.2014 1 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn HNI Produktionsplanung und -steuerung