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Fertigungssteuerung

Die Fertigungsteuerung unterstützt die Umsetzung des geplanten Produktionsprogramms in der Fertigung. Die planerischen Aufgaben der Fertigungssteuerung umfassen die Erzeugung von Fertigungsaufträgen, deren Terminierung, die Belegungsplanung der Maschinen, sowie die Kapazitätsdisposition. Weiterhin nimmt die Fertigungssteuerung Aufgaben der Produktionsüberwachung, -kontrolle und -dokumentation wahr.

Aufgaben der Fertigungssteuerung

Die Fertigungsteuerung hat die Aufgabe, das geplante Produktionsprogramm in der Fertigung umzusetzen. Hierzu sind die Fertigungsaufträge für Produkte und Zwischenerzeugnisse zu planen sowie die Herstellungsprozesse zu überwachen und zu steuern. Die Fertigungssteuerung, auch Produktionssteuerung genannt, stellt damit das Bindeglied zwischen der mittelfristigen Programmplanung und den Fertigungsprozessen dar.

Die Fertigungssteuerung stellt das Bindeglied zwischen der mittelfristigen Programmplanung und den Fertigungsprozessen dar.

Die planerischen Aufgaben der Fertigungssteuerung umfassen folgende Funktionen [Nebl 2007, S. 716]:

  • Erzeugung von Fertigungsaufträgen für die Produktion der einzelnen Produkte und Zwischenerzeugnisse. Grundlage bilden die Arbeitspläne, die die Beschreibung des Produktionsprozesses mit den einzelnen Prozessschritten (Arbeitsgängen) umfassen.
  • Terminierung der Fertigungsaufträge: Für die einzelnen Arbeitsgänge werden Start- und Endtermine errechnet.
  • Belegungsplanung der Maschinen: Aus der Terminierung und der Zuordnung zu den Maschinen kann die kapazitative Belastung der Maschinen ermittelt werden.
  • Kapazitätsdisposition: Bei Kapazitätsengpässen sind Ausgleichsmaßnahmen zu treffen wie kurzfristige Kapazitätserhöhungen durch Zusatzschichten, Umplanung auf Ausweichmaschinen, Fremdvergabe von Arbeitsgängen, zeitliches Verschieben der Aufträge etc.

Die Terminierungsfunktionen werden auch von der Zeitwirtschaft durchgeführt. Teilweise werden die Funktionen der Zeitwirtschaft als Teilbereich der Fertigungssteuerung angesehen. Im Stufenplanungskonzept von MRP II hingegen erfolgt die Fertigungssteuerung nach der Zeitwirtschaft. In diesem Fall stellt die Terminierung der Fertigungssteuerung eine Feinplanung mit einer detaillierten Berechnung und kürzerem Zeithorizont dar.

Weitere Funktionen zur Vorbereitung der Produktion sind [Gronau 2004, S. 107-109; Gronau 2014, S. 119ff.]]:

  • Verfügbarkeitsprüfungen: Prüfung, ob alle für die Produktion notwendigen Produktionsfaktoren vorhanden sind, z. B. Rohstoffe, Werkzeuge, Vorrichtung, NC-Programme, etc.
  • Freigabe der Fertigungsaufträge: Eine bestimmte Menge von Fertigungsaufträgen wird aus dem Auftragsvorrat bei positiver Verfügbarkeit  für den Produktionsstart freigegeben.
  • Drucken von Arbeitspapieren: Auftragsbegleitpapiere, Materialentnahmescheine, Lohnschein, etc. für manuelle Tätigkeiten, bzw. Weitergabe der Informationen an dedizierte Systeme der computergestützten Produktion.
  • Reihenfolgebildung: Auswahl des nächsten zu produzierenden Auftrages bei Warteschlangen vor einer Maschine (Prioritätsregeln).

Weiterhin nimmt die Fertigungssteuerung Aufgaben der Fertigungsüberwachung und der Fortschrittskontrolle wahr [Nebl 2007, S. 714-715]:

  • Soll-Ist-Abgleich zwischen dem geplanten Ablauf und dem tatsächlichen Produktionsprozess. Hierbei benötigt die Fertigungssteuerung zeitnahe Ist-Daten (Betriebsdatenerfassung (BDE)).
  • Reaktion auf Störungen der Produktion, Umplanungen und Ausweichstrategien, z. B. bei Maschinenstörungen, Werkzeugbruch, Materialmangel oder Personalabwesenheit.
  • Aktualisierung und Anpassung der Planung, z. B. Termine und Maschinenbelegung.
  • Dokumentation der Produktionsprozesse, z. B. auf Grund von Compliance-Anforderungen, zur Qualitätssicherung oder zur Chargenverfolgung.
  • Statistische Auswertungen und Reports zu abgeschlossenen Produktionsprozessen (Business Intelligence).

Zentrale und dezentrale Fertigungssteuerung

Bei zentral ausgerichteten Fertigungssteuerungssystemen wird versucht, alle Bereiche der Produktion gemeinsam zu planen. Damit kann zwar prinzipiell eine optimale Lösung erreicht werden. Problematisch dabei ist jedoch, dass (a) die operativen Ziele der Fertigungssteuerung wie die Minimierung von Durchlaufzeiten für Fertigungsaufträge, die Minimierung von Terminabweichungen für Fertigungsaufträge, die Minimierung von Fertigungs-, Lager- und Transportkosten und die Maximierung der Kapazitätsauslastung wechselseitig konkurrieren  und (b) eine umfassende Detail-Planung wenig realistisch ist, da sie aufgrund von Rückmeldungen aus der Fertigung schnell veraltet und permanent an das tatsächliche Fertigungsgeschehen anzupassen ist [Adam 1998, S. 616]. Dezentrale Ansätze versuchen diese Probleme dadurch zu umgehen, dass Pläne nur für Teilbereiche der Produktion erstellt werden, bspw. für einzelne Werkstätten oder Fertigungsinseln. Aufgrund der Komplexität des Planungsproblems können nur in speziellen Fällen exakte Verfahren verwendet werden. Daher werden meist Heuristiken (Prioritätsregeln) eingesetzt oder Funktionen bereitgestellt, die eine interaktive Planung durch Visualisierung von Terminierung und Maschinenbelegung unterstützen [Adam 1998, S. 614-615]. Für unterschiedliche Fertigungstypen (z. B. Massen- oder Kleinserienfertigung, Fließ oder Werkstattfertigung) wurden verschiedene Verfahren zur Steuerung der Fertigung entwickelt, z. B. Kanban, Belastungsorientierte Auftragsfreigabe, OPT, Fortschrittszahlen und CONWIP.

Informationssysteme

Die schwache Unterstützung der Fertigungssteuerungsaufgaben in den PPS-Systemen bzw. ERP-Systemen hat zu Beginn der 1990er Jahren zur Entwicklung von dedizierten Informationssystemen geführt, z. B. Leitstandssystemen. Derartige Systeme waren im Gegensatz zu den zentralen, hostbasierten PPS-Systemen PC- oder Workstation-basiert und nutzten zur Visualisierung von Terminierung und Maschinenbelegung die Möglichkeit der graphischen Benutzeroberfläche [Scheer 1991, S. 15-16].

Heute wird ein System, das die wesentlichen Funktionen der Fertigungssteuerung übernimmt und die Schnittstelle zu den Systemen der Produktionsebene (z. B. Flexible Fertigungssysteme, Roboter, automatisierte Lager- und Transportsysteme) realisiert, als Manufacturing Execution System (MES) bezeichnet. Der zunehmende Einsatz des Internet der Dinge und cyber-physischer Systeme (CPS) in der Produktion (Industrie 4.0) führt zu besseren Informationen über den Produktionsablauf (Datenmenge, -qualität und -aktualität), so dass neue Verfahren zur Fertigungssteuerung entwickelt werden können, bspw. Steuerung in Echtzeit (Echtzeitunternehmen) oder autonome Planung und Koordination der CPS (Multiagentensysteme) [Lasi et al. 2014].

 

Literatur

Adam, Dietrich: Produktionsmanagement. 9. überarb. Auflage, Wiesbaden : Gabler, 1998 (Nachdruck 2001).

Arnold, Dieter; Isermann, Heinz; Kuhn, Axel; Tempelmeier, Horst; Furmans, Kai: Handbuch der Logistik. 3. Auflage. Berlin : Springer, 2008.

Gronau, Norbert: Enterprise Resource Planning und Supply Chain Management. München : Oldenbourg, 2004.

Gronau, Norbert: Enterprise Resource Planning. Architektur, Funktionen und Management von ERP-Systemen. 3. Auflage. München : Oldenbourg, 2004.

Lasi, Heiner; Fettke, Peter; Kemper, Hans-Georg; Feld, Thomas; Hoffmann, Michael: Industrie 4.0. In: WIRTSCHAFTSINFORMATIK 56 (2014) 4, S. 261-264.

Nebl, Theodor: Produktionswirtschaft. 6. Auflage, München : Oldenbourg, 2007.

Scheer, August-Wilhelm: Fertigungssteuerung : Expertenwissen für die Praxis. München et al. : Oldenbourg, 1991.

Autor


 

Prof. Dr. Peter Loos, Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), Institut für Wirtschaftsinformatik (IWi), Universität des Saarlandes, Campus D32, 66123 Saarbrücken

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Zuletzt bearbeitet: 22.11.2016 13:41
Letzter Abruf: 17.11.2017 22:32
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