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Engpass-Management: Erkennen Sie Ihre Produktion und sparen Sie Zeit für Neues

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Engpass-Management: Erkennen Sie Ihre Produktion und sparen Sie Zeit für Neues

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Die Lesedauer dieses Artikels beträgt ca. 10 Minuten. Wenn Sie dabei beginnen, über Ihr Unternehmen nachzudenken, kann es länger werden. Das Lesen mag sich lohnen, wenn die Mehrzahl der folgenden Punkte auf Sie zutrifft. Von Prof. Dr. Jochen Kreutzfeldt
Engpass-Management
  • Sie werden das Gefühl nicht los, dass die Abstimmung Ihrer Herstellprozesse nach wie vor Potenzial birgt und ein gutes Engpass-Management helfen könnte.
  • Für die Herstellung von Produkten fehlt es zeitweise an selbst hergestelltem oder fremdbezogenem Material, an Arbeitsplatzkapazitäten oder an Personal.
  • Sie müssen davon ausgehen, dass in Ihrer Produktion zeitweilig Engpässe auftreten. 
  • Dies alles stellen Sie fest, obwohl Sie bereits ihre Zeit und ihr Geld in PPS- und ERP-Anwendungen und eventuell auch in die Realisierung von Lean Management-Methoden investiert haben. 

Dieser Artikel befasst sich mit der Auftragssteuerung oder besser der Auftragsregelung und Engpass-Management in Produktionsunternehmen. Es wird ein Vorgehen für die Synchronisation von Materialflüssen beschrieben. Mit diesem können Sie feststellen, wie es Ihrer Produktion geht, wie gut sie fließt und wie Sie ihre Flusseigenschaften gezielt verbessern.

Die vorgestellten Methoden können auch für die Synchronisation der Verfügbarkeit von Personal und fremdbeschafftem Material genutzt werden. Für diese Darstellung würde aber die vorhergesagte Lesedauer nicht ausreichen. 

Engpass-Management – Was wir brauchen:

Aufträge: Zunächst sollten wir uns auf einige Begriffe verständigen. Produktaufträge veranlassen die Herstellung von Produkten aus Baugruppen und Komponenten. Komponentenaufträge steuern die Herstellung von Werkstücken, Materialien. Sie umfassen Arbeitsaufträge (Arbeitsschritte), die Arbeitsumfänge auf einzelnen Ressourcen einlasten. Ressourcen verfügen über Kapazitäten, die durch die Arbeitsaufträge für eine Belegungszeit genutzt werden. Wenn Sie über diese Daten verfügen (diese mögen in Ihrem Unternehmen anders bezeichnet sein), dann sind Sie für die Anwendung der hier vorgestellten Vorgehensweise bestens aufgestellt. Wenn Sie nicht über diese Daten verfügen sollten, dann produzieren Sie vermutlich auch nicht.

Schritt 1 Engpass-Management: Ihre Situation auf Produkt- und Baugruppenebene

Wir lassen eine engpassorientierte Analyse über Ihre Produktionsdaten laufen und ermitteln Ihre Gesamtkennlinie – das Engpass-Management. Sie erhalten eine Grafik Durchsatz über Einlastung. Dies sind zwei neue Begriffe, die wir benötigen. Einlastung ist der von Ihnen in Form von Aufträgen eingesteuerte Arbeitsinhalt. Durchsatz ist der Arbeitsinhalt von Aufträgen, die Sie komplett fertigstellen können. Aufträge, die nur begonnen aber nicht fertiggestellt werden können, interessieren uns nicht. Sie gelten als zurzeit nicht durchgesetzt. 

Sie werden einen der in Abb. 1 gezeigten drei Fälle A, B, C sehen.

Engpassmanagement Auftragsregelung Produktion
Abb. 1: Gesamtkennlinie mit Knickpunkt je Durchsatzschranke – ohne (A), mit einer (B), mit mehreren Durchsatzschranken (C). 

(A) Wenn Sie diesen Fall sehen, dann kommen drei Gründe hierfür in Betracht. (A1) Sie verfügen über ein sehr gutes PPS/ERP-System, welches Sie weiter gut pflegen sollten. (A2) Sie haben so viel Glück, dass Sie Ihren Gewinn auch im Kasino erzielen könnten. (A3) Ihre Produktion hat schlichtweg zu wenig zu tun und Sie sollten hierüber mit Ihrem Vertrieb sprechen.

(B) Die Gesamtkennlinie weist nur eine Knickstelle auf. Sie steht für eine einzige Ressource, die den gesamten Fluss Ihrer Produktion bestimmt. Wir nennen solche Ressourcen, die den Fertigungsfluss bestimmen, Durchsatzschranken. Der waagerechte Anteil der Linie zeigt die Schwäche Ihrer Produktion. Es gibt Einlastung, die Sie nicht in Durchsatz umwandeln können. 

(C) Ihre Aufträge sind an so vielen Stellen nicht im Fluss, wie Sie Knickstellen auf der Gesamtkennlinie sehen. Diese Stellen Ihrer Produktion sollten Sie interessieren. Jede Knickstelle steht für eine Durchsatzschranke.

In der Regel werden sie Fall (C) sehen. Abb. 2 zeigt die Durchsatzkennlinie eines Unternehmens mit dieser Konstellation im Berghof Constraint Management.

Engpassmanagement Auftragsregelung Produktion
Abb. 2: Beispiel einer Gesamtkennlinie im Berghof Constraint Management

Schritt 2: Ihre Situation auf Komponenten- und Baugruppenebene

Hier schauen wir uns an, wie gut es Ihnen gelingt, Komponenten und Baugruppen im Fluss herzustellen. Im Fluss bedeutet, Ihre Produktionsplanung vermeidet Engpässe, Fehlteile und ungewollte Bestände.

Wir vergleichen die Gesamtkennlinien auf Baugruppen- und Komponentenebene. Sie werden einen der in Abb. gezeigten zwei Fälle sehen (Abb. 3).

Abb. 3: Vergleich Gesamtkennlinien für Baugruppen und Komponenten.

Fall (A) – Wenn die Komponentenlinie oberhalb der Baugruppenlinie liegt, haben Sie ein Problem bei der Zusammenführung von Komponenten zu Baugruppen und Produkten. Es fehlen Komponenten zur richtigen Zeit, am richtigen Ort. Oder Sie haben Komponenten sehr rechtzeitig eingeplant.

Dieser Fall (A) ist nicht schön, tritt aber häufig ein. Sie wären damit nicht allein.

Fall (B) – Wenn die beiden Gesamtkennlinien übereinanderliegen und wie dargestellt Knickpunkte aufweisen, dann liegen Ihre Flussprobleme ausschließlich auf Arbeitsplätzen, auf denen Komponenten zu Baugruppen oder Baugruppen zu Produkten zusammengefügt werden (z.B. Montage oder Schweißarbeitsplätze). Dieser Fall ist seltener.

Abb. 4. zeigt Komponenten- und Baugruppenkennlinien einer realen Produktion. 

Engpass-Management
Abb. 4: Komponenten- und Baugruppenlinien einer Produktion im Berghof Constraint Management.

Schritt 2: Wo liegt Ihr Flusspotenzial und was braucht es, dieses zu realisieren?

Sie wollen wissen, wie Sie Ihre Flusspotenziale in Durchsatz verwandeln? Hierfür brauchen wir den neuen Begriff Auftragsstrom und eine Grafik der einzelnen Durchsatzkennlinien Ihrer Produktion.

Wir fassen die Materialflüsse Ihrer Produktion als Auftragsströme auf. Jeder Auftragsstrom wird durch eine einzelne Durchsatzkennlinie repräsentiert. Wenn Sie nur einen Auftragsstrom haben, dann haben Sie nur eine Durchsatzschranke, die den Fluss ihrer Produktion regiert. 

Dabei können Sie trotzdem mehrere Engpässe haben. Aber nur einer von diesen – die Durchsatzschranke – ist aktuell für Sie maßgeblich. Wenn Sie mehrere Auftragsströme haben, dann haben sie weiterhin eine gleiche Anzahl von Durchsatzschranken und sehen daher eine gleiche Anzahl von Einzelkennlinien.

Die Grafik einer einzelnen Durchsatzkennlinie Ihrer Produktion kann die Abb. 5 gezeigten drei Formen annehmen.

Engpass-Management
Abb. 5: Durchsatzschranke teilausgelastet (A), gerade voll ausgelastet (B) und überlastet (C). 

Die Durchsatzschranke des betrachteten Auftragsstroms …

  1. (A) … verfügt noch über freie Kapazitäten, die als senkrecht nach oben gerichteter Pfeil angezeigt werden oder
  2. (B) … ist gerade so belastet, wie es Ihre Kapazität erlaubt. Wenn Sie die Einlastung dieses Auftragsstroms erhöhen, kommt es zu einer Überlastung der Durchsatzschranke und es bilden sich eine Warteschlange und Bestände oder
  3. (C) … ist überlastet. Das heißt, sie ist ein Engpass, der verhindert, dass die mit diesem Auftragsstrom verbundene Einlastung in voller Höhe in Durchsatz umgewandelt werden kann.

Die Einzelkennlinie einer überlasteten Durchsatzschranke (also eines Auftragsstroms, der Bestand in Ihrer Produktion bildet) gibt Ihnen noch einen weiteren Hinweis. Wenn die am Ende der Kennlinie senkrecht nach unten angetragene Linie lang ist, so entscheidet die Durchsatzschranke über viel indirekten Durchsatz des Auftragsstroms. Diesem Fall sollten Sie besondere Aufmerksamkeit schenken. Der indirekte Durchsatz ist der Anteil des Durchsatzes des Auftragsstroms, der auf Ressourcen erzielt wird, die der Durchsatzschranke vor- und nachgelagert sind. Die Durchsatzschranke ist dann die Spinne in einem größeren Netz. Der direkte Durchsatz ist der Durchsatz des Auftragsstroms, der auf der Durchsatzschranke selbst erzielt wird.

Sie werden sich insbesondere um Auftragsströme kümmern, die viel indirekten Durchsatz im Verhältnis zum direkten Durchsatz zeigen. Bei diesen Auftragsströmen hat die Durchsatzschranke einen großen Durchsatzhebel. Eine kleine Erhöhung ihrer Kapazität kann eine deutlich höhere Durchsatzsteigerung bewirken, da die blockierten vorgelagerten Ressourcen und die nicht mit Arbeit versorgten nachgelagerten Ressourcen auch davon profitieren. Hier können Sie viel bewirken.

Abb. 6 zeigt die einzelnen Durchsatzkennlinien einer realen Produktion.

Engpass-Management
Abb. 6: Einzelne Durchsatzkennlinien einer Produktion im Berghof Constraint Management.

Schritt 4: Die Früchte ernten. Auftragsströme durch Engpass-Management zum Fliesen bringen

Wenn wir die Durchsatzhemmung eines Auftragsstroms auflösen wollen, so schauen wir uns sein Lastdiagramm an (Abb. 7).

Das Lastdiagramm zeigt die durch den Auftragsstrom in Anspruch genommenen Ressourcen und ihre Auslastung.

Um den Durchsatz des Auftragsstromes zu erhöhen oder zumindest eine unnötige Bildung von Beständen zu begrenzen, geht es nun darum, die Durchsatzschranke zu entlasten. Hierfür haben Sie drei Möglichkeiten.

  1. Sie verlagern Arbeitsinhalte von der Durchsatzschranke weg auf andere Ressourcen. Dies können eigene Arbeitsplätze sein oder Sie geben Arbeit nach außen zu dritten Unternehmen. Um eine geeignete Umlagerungsentscheidung zu unterstützen, ist es hilfreich, wenn Sie ihre Komponenten in Produktfamilien eingeordnet haben. Es bietet sich dann eventuell an, vollständige Teilefamilien zu verlagern oder nur „einfache“ Teilefamilien nach außen zu geben, die nicht das Kern-Know-how ihres Unternehmens erfordern. 
  2. Es gelingt Ihnen, die Kapazität der Durchsatzschranke für eine gewisse Zeit zu erhöhen. Zum Beispiel durch verlängerte Arbeitszeiten.
  3.  Sie investieren in zusätzliche Arbeitsplätze vom Typ der Durchsatzschranke. 

Das Lastdiagramm gibt Ihnen auch Hinweise zu Ihren Chancen einer Kapazitätserhöhung. Im Auftragsstrom können weitere Arbeitsplätze so hoch belastet sein, dass diese bei einer Entlastung der aktuell gegebenen Durchsatzschranke ihrerseits zum Engpass und zu einer Durchsatzschranke werden. Wenn dies der Fall ist, sollten nach Möglichkeit Teilefamilien bzw. Aufträge umgelagert werden, die sowohl auf der bisherigen Durchsatzschranke, als auch auf anderen Arbeitsplätzen die Kapazitäten überlasten (Auftragsstrom B in Abb. 7).

Engpass-Management
Abb. 7: Lastdiagramm mit deutlich überlasteter Durchsatzschranke R2 und weiterer Engpass-Ressource R1.

Wenn Sie eine Durchsatzschranke soweit entlasten, dass eine andere Ressource im Auftragsstrom zur Durchsatzschranke wird, dann sollten Sie für eine weitere Verbesserung der Flusssituation das hier vorgestellte Verfahren erneut anwenden. Machen Sie sich keine Sorgen hinsichtlich der Rechenzeiten. Diese liegen im Bereich von einer oder einigen Minuten.

Abb. 8 zeigt ein Lastdiagramm einer realen Produktion.

Abb. 8: Lastdiagramm eines Auftragsstroms im Berghof Constraint Management.

Engpass-Management: Fazit

Es wurde Ihnen ein engpassorientiertes Verfahren zur Verbesserung der Produktionsplanung vorgestellt. Das Verfahren ist geeignet, Produktions- und Fabrikplaner unterschiedlicher Generationen anzusprechen. Wenn Sie sich – wie der Autor – noch für die Funktion von Verbrennungsmotoren interessiert haben, dann werden Sie schnell erkennen, dass die Durchsatzkennlinien für eine Fabrik leisten, was eine Drehzahl-Drehmomentlinie für einen Otto-Motor bietet. Sie verstehen das Leistungsvermögen Ihrer Fabrik oder Ihrer Produktion und bekommen Stellhebel zur Verfügung gestellt, dieses gezielt zu steigern.

Es kann aber sein, dass Sie als Planer für Systemtechnik schwärmen. Also für das Modellieren und Verstehen von Produktionsumgebungen anhand von Input-/Outputgrößen und Black Boxes. Dann werden Sie schnell sehen, dass das vorgestellte Verfahren die Abdeckungen der Black Boxes transparent werden lässt und Sie einen Blick auf die Verknüpfungen der darin liegenden Prozesse werfen können. Die Algorithmen des Verfahrens ermitteln den Zusammenhang zwischen der Einlastung (dem Bestand) und dem Durchsatz und erlauben es Ihnen, Durchsatzschranken (Engpässe) zu identifizieren und ihre Wirkung zu quantifizieren. Engpass-Management: Das Verfahren berechnet Ihnen die Hebelwirkung ihrer Durchsatzschranken (Engpässe). Sie bekommen Informationen, welchen zusätzlichen Gesamtdurchsatz Sie in der Fertigung durch die Anpassung einzelner Arbeitsplatzkapazitäten erhalten werden. Wichtiger noch, Sie werden von alltäglichen Kapazitätsfragen entlastet. Sie gewinnen Zeit für Neues in Ihrem Unternehmen oder für sich selbst.  

Prof. Dr. Jochen Kreutzfeldt ist Leiter des Instituts für Technische Logistik (ITL) der TU Hamburg. Im Rahmen des Projekts DEPLAVIS arbeitet er mit Berghof zusammen und entwickelt Lösungen für das Engpass-Management mit.

Lesen Sie auch: Produktionsplanung verbessern – So können Unternehmen ihre Planungshorizonte erweitern

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