Feinplanung: So gelingt die Königsdisziplin der Fertigungs-IT

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Ab einer gewissen Größe kommt heute kaum ein Unternehmen ohne eine digitale Feinplanung der Fertigung aus. Doch welche Lösung ist die Richtige? Auch ein ERP-System kann planen, aber reicht das für komplexe Szenarien? Und welche Ressourcen sollten berücksichtigt werden und was kann künstliche Intelligenz in der Fertigungsplanung leisten? Im folgenden Beitrag werden die wichtigsten Aspekte der fertigungsnahen 
Feinplanung erläutert.

Ziel und Zweck der Fertigungsplanung ist der effiziente Einsatz von Ressourcen, um eine kostengünstige Produktion zu ermöglichen. Der Begriff Ressourcen sollte je nach Anwendungsfall unterschiedlich weit gefasst werden. Während es in einem Fertigungsbetrieb ausreicht, Maschinen zu planen, sind in einem anderem vielleicht auch Werkzeuge und Mitarbeitende in der Planung relevant. Das hängt immer davon ab, wie knapp und kostenintensiv die Ressource ist. Ein praktisches Beispiel: Einfache Bohrer sind meist in größerer Stückzahl verfügbar und werden bei der Planung nicht explizit berücksichtigt. Anders ist das bei teuren Gussformen oder Spritzgießwerkzeugen, von denen oftmals nur eine oder zwei vorhanden sind – ihre Verfügbarkeit sollte bei der Planung berücksichtigt werden.

Wichtige Ressourcen bei der Planung berücksichtigen

Die moderne Feinplanung kann neben den klassischen Ressourcen aber auch sogenannte Verbrauchsressourcen in den Planungsprozess einbeziehen. Dazu gehören zum Beispiel das Material und die unterschiedlichsten Formen von Energie. Insbesondere in einer mehrstufigen Fertigung entstehen enorme Vorteile, wenn die aktuellen Materialbestände in der Planung berücksichtigt werden. Dies gilt nicht nur für das Rohmaterial, sondern insbesondere für die WiP-Bestände (Work in Progress), die beim Herstellen von Halbzeugen entstehen. Werden die Materialbestände in der Feinplanung berücksichtigt, können unnötige Wartezeiten aufgrund fehlender Teile bereits vor dem Start des jeweiligen Produktionsschritts erkannt und rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden.

Feinplanung beim Energieverbrauch

Wenn man Energieverbräuche und vom Energielieferanten bereitgestellte Energiekontingente in der Feinplanung berücksichtigt, kann dies zu weiteren Kostenersparnissen beitragen. Zum Beispiel führen unerwartete Lastspitzen beim Strom zu enormen Kosten, da die Energieversorger diese mit Strafzahlungen belegen. Der Energiepreis orientiert sich auch meist daran, welche Maximallast ein Unternehmen benötigt. Aber auch andere Energieformen wie beispielsweise Gas, Wasserdampf oder Druckluft sind planungsrelevant und sollten bei der Feinplanung berücksichtigt werden. Bei allen Fällen ist das Ziel, einen möglichst gleichmäßigen Energieverbrauch zu erreichen, um die vorhandenen Kontingente bestmöglich zu nutzen.

Um noch einmal auf die Werkzeuge in der Planung zurückzukommen: Hier geht es nicht nur um das Vorhandensein. Werkzeuge müssen von Zeit zu Zeit gewartet oder gereinigt werden. Oder es gibt verschieden Bestandteile des Werkzeugs, die sich unterschiedlich zusammensetzen lassen. Das sorgt für zusätzliche Komplexität in der Planung. Hinzu kommt die Personaleinsatzplanung, die idealerweise an die Fertigungsplanung gekoppelt wird. Hier geht es neben den Arbeitszeiten auch um die Qualifikationen der Mitarbeitenden – auch diese Informationen sollten in der modernen Feinplanung berücksichtigt und abgebildet werden.

Ansätze für verteiltes Planen

Man spricht also von einer mehrdimensionalen Planungsaufgabe, die es zu lösen gilt – jeden Tag und sobald sich etwas ändert. Denn mit jeder Störung im Ablauf kann die ganze Planung hinfällig werden. Bezieht man den realen Zustand des Shopfloors in die Planung mit ein, so spricht man von der Fertigungssteuerung. Das kann zum Beispiel durch die Integration der Planung in ein Manufacturing Execution System (MES) erfolgen oder durch die Ankopplung der Planungslösung an das MES. Die Komplexität in der Planung nimmt weiter zu, wenn nicht nur eine Person mit dieser Aufgabe betraut ist, sondern mehrere. 

Zunächst bieten Zuständigkeitsbereiche eine einfache Möglichkeit, die Planungsaufgabe zu unterteilen. Spannend wird es allerdings, wenn die Planung über mehrere Bereiche hinweg notwendig ist oder mehrere Bereiche betrifft. Hier braucht es eine Lösung, mit der mehrere Benutzer gleichzeitig an einem Szenario arbeiten können. Dabei ist es bei der modernen Feinplanung egal, wo die verschiedenen Planer sitzen – ob am gleichen Standort oder an anderen Standorten, vielleicht sogar auf anderen Kontinenten. Die stetige Globalisierung stellt hier neue Anforderungen an die Fertigungsplanung. Insbesondere bei der verteilten Planung ist sicherzustellen, dass alle Beteiligten stets auf dem gleichen Datenbestand arbeiten und Inkonsistenzen verhindert werden. Zur Erleichterung der zeitlichen Planung bietet es sich an, das Szenario jedem Benutzer in seiner jeweiligen Zeitzone anzuzeigen. Im Hintergrund arbeitet das System in der Regel mit der universellen Zeit UTC.

Ansätze für automatisches Planen

Werden die Aufträge, Zusammenhänge und Ressourcen für die manuelle Planung zu komplex, dann sollten sich Fertigungsbetriebe mit der automatischen Planung beschäftigen. Hier gibt es zwei grundlegende Ansätze: die regelbasierte Planung und die Planung auf Basis von künstlicher Intelligenz. Bisher war die regelbasierte oder auch heuristische Planung der Stand der Technik – mittlerweile bietet die KI deutliche Vorteile. Reinforcement Learning heißt die Technologie, die eine Planung auf Basis einer selbstlernenden KI ermöglicht.

Einfach formuliert: Reinforcement Learning heißt bestärkendes Lernen und bedeutet, dass die KI verschiedene Möglichkeiten ausprobiert, gute Ergebnisse wiederholt und schlechte nicht weiter verfolgt. In der Praxis bedeutet dies, dass die KI bereits nach wenigen Iterationen innerhalb eines Planungslaufes ein optimales Ergebnis erzielt, das dem einer manuellen Planung weit überlegen ist. Dabei kann die KI jegliche Ressourcen, Zusammenhänge und Rahmenbedingungen automatisch berücksichtigen. Damit entlasten Unternehmen nicht nur ihre Arbeitsvorbereitung, sondern sorgen auch für eine deutlich effizientere Nutzung aller an der Produktion beteiligten Ressourcen.

Advanced Planning and Scheduling

Viele der hier beschriebenen Funktionen gehören zwar zum Umfang einer modernen Feinplanung, die man in einem MES-Leitstand erwartet. Diese werden aber auch einer anderen Anwendung zugeordnet – dem Advanced Planning and Scheduling System (APS). Dabei geht der Funktionsumfang eines APS teilweise weit über den eines MES-Leitstands hinaus. Zum Beispiel kann ein APS auch oberhalb eines ERP-Systems positioniert oder werksübergreifend geplant werden. Auch die Verzahnung mit benachbarten Bereichen wie der Warenwirtschaft ist in einem APS meist deutlicher ausgeprägt. Aber ganz egal, ob als APS oder als MES-Leitstand – die Feinplanung bleibt eine wichtige Aufgabe der Fertigungs-IT – wenn nicht sogar die wichtigste. Fertigungsunternehmen sollten sich also frühzeitig damit beschäftigen, um langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben.

Der Autor Markus Diesner ist Principal Marketing bei der MPDV Mikrolab GmbH.