IT APS-Systeme: Produktionsplanung mit KI

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Künstliche Intelligenz (KI) ist in der Industrie längst mehr als nur ein Schlagwort. Abseits der medialen Aufmerksamkeit, die Large Language Models (LLM) wie ChatGPT auf sich ziehen, bewähren sich im Maschinen- und Anlagenbau bereits seit geraumer Zeit intelligente Produktionsplanungssysteme. APS-Systeme, die auf Basis von KI und mathematischen Algorithmen jeder manuellen ­Planungsmethode den Kampf ansagen, generieren im Hintergrund bereits erhebliche Mehrwerte.

Bei der Produktionsplanung und Auftragsabwicklung im Maschinen- und Anlagenbau stehen Unternehmen oft vor Herausforderungen, die sie gerne mal in Richtung eines Knock-outs („K.O.“) bringen können: unvorhersehbare, aber alltägliche Störungen wie Maschinen- oder Personalausfälle, verspätete Lieferungen oder Eilaufträge. Produktionsplaner müssen dann trotz dieser komplexen und dynamischen Prozesse schnell die richtigen Entscheidungen treffen, denn gerade für Auftragsfertiger spielt neben der kurzen Lieferzeit insbesondere Termintreue eine wichtige Rolle. Lieferverzögerungen können regelmäßig erhebliche finanzielle Konsequenzen nach sich ziehen. Während im Boxring der schnelle K.O. das Ziel ist, streben Unternehmen nach stabilen Prozessen und nachhaltiger Optimierung. Durchhaltevermögen und Resilienz sind angesagt.

Taktisch klug aufgestellt durch APS-Systeme

All diese täglichen Herausforderungen erfordern eine optimierte Planung aller Aufträge unter Berücksichtigung der real vorhandenen Rahmenbedingungen wie Maschinen, Personal und Materialverfügbarkeit. Diese werden nicht nur lokal, sondern global zusammenhängend über das gesamte Auftragsnetz dynamisch miteinander verknüpft. Genau hier treten entscheidungsintelligente Verfahren der KI und fortschrittlicher Mathematik des Operations Research in den Ring, wie sie in einem Advanced-­Planning-and-Scheduling-(APS)-System abgebildet sind. Sie gehen über die Grenzen manueller Planungsmethoden wie Excel oder gar der manuellen Zettelwirtschaft hinaus, indem sie menschliche Entscheidungsprozesse unterstützen und ergänzen, um eine optimale Produktionsplanung zu ermöglichen.

KI-basierte APS-Systeme meistern dies, da sie mehr Einflussgrößen berücksichtigen können als jeder Planer. „Schon wenn theoretisch nur zehn Aufträge mit einer Ressource abgearbeitet werden sollen, ergeben sich mehr als drei Millionen verschiedene Reihenfolgevarianten“, verdeutlicht Dipl.-Math. Markus Günther, Head of Sales Production Division des Aachener Optimierungsspezialisten Inform, die Dimension der Herausforderung. Intelligente Planungssysteme haben (künftige) Bedarfe, Prioritäten, Abhängigkeiten und Restriktionen kurz, mittel- und langfristig im Blick, fast so, als würde ein Boxer die kommenden Schläge seines Gegners mehrere Runden im Voraus sehen können. Hier stoßen klassische ERP-Systeme an ihre Grenzen, denn sie planen gegen unbegrenzte Kapazitäten.

Die Algorithmen des APS-Systems hingegen berechnen realistische Reihenfolgen, die das bestmögliche Gesamtergebnis zum Ziel haben. Sie übernehmen alle planungsrelevanten Daten aus dem ERP-System, um unter Berücksichtigung der verfügbaren Ressourcen und Kapazitäten optimale Terminpläne zu generieren. Ähnlich einem Boxer, der sich schnell auf die Bewegungen seines Gegners einstellt, zeigt auch die künstliche Intelligenz bei Störungen oder kurzfristigen Änderungen die Auswirkungen auf und gibt entsprechende Handlungsempfehlungen, damit frühzeitig geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet und der Produktionsplan eingehalten werden können. Darüber hinaus lassen sich jederzeit Simulationen, beispielsweise zur Ermittlung von Lieferterminen, oder Was-wäre-wenn-Analysen durchführen. So unter­stützt und entlastet das System die Mitarbeitenden von Routineaufgaben, damit sie sich auf die langfristige Optimierung der Vertriebs-, Fertigungs- und Einkaufsprozesse konzentrieren können.

Unverzichtbare Erfolgsfaktoren

Dass APS-Systeme sich in der Branche bereits seit vielen Jahren erfolgreich bewähren, zeigte eine von Inform 2022 durchgeführte qualitative Kundenbefragung unter Fach- und Führungskräften aus dem Maschinen- und Anlagenbau. Auf die Frage, warum die Anwender nicht mehr auf eine intelligente Produktionsplanung verzichten können, gab fast die Hälfte (47 Prozent) der Befragten an, dass ein APS-System zu deutlich verringertem Planungsaufwand verhilft. Daneben wurden die erhöhte Transparenz (30 Prozent), die bessere Erkennung von Zusammenhängen (18 Prozent) sowie die gestiegene Liefertreue (18 Prozent) genannt. Auch die schnellere Reaktionsfähigkeit auf unvorhergesehene Ereignisse wie Terminverschiebungen, fehlende Zukaufteile oder Mitarbeiterausfälle (18 Prozent) machen ein intelligentes Produktionsplanungsmanagement laut den Anwendern unverzichtbar.

Oerlikon Barmag setzt bereits seit 1991 auf eine optimierte Produktionsplanung. Was damals noch als regelbasierte Lösung begann, hat sich zu einem dynamischen und intelligenten APS-System entwickelt, das auf die spezifischen Anforderungen des Maschinen- und Anlagenbaus zugeschnitten ist. Das Traditionsunternehmen stellt im nordrhein-westfälischen Remscheid Spinnmaschinen für Chemiefasern wie Nylon, Polyester und Polypropylen sowie Texturiermaschinen her. Vor dem Einsatz der Software waren für alle am Prozess beteiligten Abteilungen komplexe Planungssituationen zu lösen: Kapazitätsengpässe oder Fehlteile wurden erst zwei bis vier Wochen vor dem fixierten Montagebeginn sichtbar. 

Um bestellte Anlagen trotzdem pünktlich ausliefern zu können, war regelmäßig ein erhöhter Aufwand notwendig. So mussten Sonderschichten eingesetzt, Spezialtransporte organisiert und Pläne umgeschrieben werden, während man späte Änderungen an den Systemen in ihren Auswirkungen weder verlässlich abschätzen noch in das laufende Projekt­management integrieren konnte.

APS-Systeme für optimierte Planung

Der Spezialmaschinenbauer entschied sich daher, die Produktionsplanungssoftware Felios von Inform einzuführen. „In unseren Meetings sprechen wir jetzt über die Planung der nächsten zwei Monate, statt wie zuvor über die Aktivitäten der nächsten zwei Wochen“, erzählt Stefan Göbel, Head of Supply Chain Management bei Oerlikon Barmag. Die Termintreue gehört zu den Stärken des Spezialmaschinen­bauers und liegt heute bei nahezu 100 Prozent. „Wenn wir heute einen Auftrag einlasten, können wir bereits sehen, welche Engpässe hinsichtlich Menschen, Maschinen oder Material bis zum Montagestart drohen.“ Die Branchenlösung kommt bei Oerlikon Barmag aber nicht nur für die unmittel­bare Produktionsplanung zum Einsatz, sondern für das gesamte Sales and Operations ­Planning. Mit der Software simuliert das Planungsteam inzwischen verschiedene Szenarien in Bezug auf Marktschwankungen durch und bereitet sich so strategisch auf unterschiedliche Marktentwicklungen vor.

„Für Unternehmen, die nach mehr Resilienz, Effizienz und Planbarkeit in der Auftragsabwicklung streben, bietet eine ­KI-basierte Produktionsplanung die optimale Lösung – ganz nach dem Motto KI statt K.O.“, fasst Markus Günther zusammen.

Der Autor Stipo Nad ist Head of Business Development Produktion bei Inform in Aachen.