Modelle für PPS

WORKSHOP MODELLE UND INFORMATIONSVERARBEITUNG Paderborn 16. März 1998 W. Dangelmaier Modelle der Produktionsplanung und -steuerung HEINZ NIXDORF INSTITUT Aufgabenstellung Seite 2 (43) 1 Aufgabenstellung Eine Produktions(teil)aufgabe - also ein Arbeitsvorgang - ist definiert durch Input-/Output- Objekt, Verrichtung, Betriebsmittel, Raum und Zeit [ OSI73]. Damit definiert die für die K Erfüllung eines Produktionsprogramms erforderliche Menge an Arbeitsvorgängen die für die- ses Produktionsprogramm erforderliche technische Kapazität. Darüberhinaus spezifizieren Aufträge über die Durchführung einzelner Arbeitsvorgänge die Menge und die Termine dieser Aufgabendurchführung sowie die dabei geltenden Konditionen; sie bestimmen so den zeitli- chen Kapazitätsbedarf in einem bestimmten Zeitabschnitt [WITT 73]. Dieser zeitliche Kapazi- tätsbedarf quantifiziert insbesondere den Bedarf an Inputobjekten, also allen Materialien, aber auch alle erforderlichen Betriebsmittel wie Werker, Maschinen, Fördermittel, Lagermittel, Hilfsstoffe usw. [DaRo93]. Eine Produktion1 ist damit eine Abfolge von Zuordnungen zum Zwecke des Leistungsvollzugs. Diese Zuordnungen selbst sowie die Abfolge der Zuordnungen sind innerhalb gegebener Grenzen Gegenstand von Anstrengungen, die Produktion hinsichtli- che gegebener Ziele optimierend auszurichten. Verrichtung und und Material Erzeugnisse Inputobjekte Outputobjekte oder oder Attribute und Geometrie / .../ Ort / Zeit oder Betriebsmittel Input-/ Outputobjekte Bild 1: Zuordnungen im Produktionsprozeß Die Produktionsplanung2 hat zur Aufgabe, die Produktionsaufgabe so in Teilaufgaben zu zer- legen, daß in einem strukturierenden Ansatz Organisation erst möglich wird und derartige Zuordnungen über einen längeren Zeitraum festgelegt werden können. So ist z. b. festzulegen, ob Druckluft, Wasser, Strom usw. im Ring, Stern, Netzwerk usw. organisiert werden. Hier 1. „Technisch, organisatorisch (und kostenrechnerisch) selbständige Allokationen von Potential- und Mittelfak- toren zu Produktionszwecken bezeichnet man als Produktionssystem“. ([KERN 79], Sp. 1605); „Ein ökonomi- sches System heißt ein Produktionssystem, wenn es innerhalb eines bestimmten Zeitraumes ... aus Gütern besteht und Güter produziert und ... eine Umgebung besitzt, aus der es Güter entnehmen und an die es Güter abgeben kann.“ ([K ERN79], Sp. 1557). Aufgabenstellung Seite 3 (43) sind „Elemente gleicher Klassen“ topologisch zu ordnen. Es ist zu entscheiden, welche Betriebsmittel ortsfest sind und welche nicht - hier sind Zuordnungen zwischen „Elementen verschiedener Klassen“ zu treffen (Maschine - Ort). Vergleichbar ist die Zuordnung „Maschine - Anschluß am Spänekanal“ oder „Werker - Maschine“ zu sehen. Abhängig von der Organisationsform bleiben für eine konkrete Produktionsteilaufgabe nur gewisse Zuordnungen offen, die im Arbeitsplan abhängig vom vorliegenden Outputobjekt festgelegt werden müssen: Alle Produktionsfaktoren (Mensch, Maschine, Material) müssen am Ort des Leistungsvollzugs zusammentreffen. - Baustellenfertigung: Inputobjekt -> Outputobjekt ortsfest; Werker, Maschinen, Werkzeuge, Hilfsmittel beweglich - Linienfertigung: Inputobjekt -> Outputobjekt beweglich; Werker, Maschinen, Werkzeuge, Hilfsmittel ortsfest - Werkstattfertigung: Inputobjekt -> Outputobjekt beweglich; Werker, Werkzeug lokal beweglich; Maschine ortsfest - ... Die Produktionssteuerung hat zur Aufgabe, die Abfolge der Produktionsteilaufgaben - und damit die temporäre Zuordnung von Produktionsfaktoren - so festzulegen und vorzugeben, daß einerseits das Produktionsprogramm erfüllt wird, andererseits im Produktionsprozeß1 eine gegebene Zielsetzung (z. B. „kürzeste Durchlaufzeiten“) unter Beachtung der Grenzen der (technischen und) zeitlichen Kapazität erreicht wird. Der zeitliche Kapazitätsbedarf wird durch eine hinsichtlich des Produktionsprogramms zu frühe Produktion an das Kapazitätsangebot angepaßt. Nur im Ausnahmefall werden Zuordnungen zum Inputobjekt (Material -> Aus- weichmaterial) oder zum Betriebsmittel (Maschine -> Ausweichmaschine) durch Alternativzu- ordnungen ersetzt: Die einzige Variable der Produktionssteuerung ist die Abfolge der angesprochenen Zuordnungen. Produktionsplanung und -steuerung verwenden Modelle: 2. Die Produktionsplanung umfaßt alle einmalig zu treffenden Maßnahmen bzgl. der Gestaltung des Erzeugnis- ses, der Aufstellung der Arbeitspläne und der Planung der Betriebsmittel [AWF60]. Produktionssteuerung soll hier nach der Definition von AWF [AWF60] alle Maßnahmen umfassen, die zur Durchführung eines Auftra- ges im Sinne der Produktionsplanung erforderlich sind. Sie umfaßt damit auch die Tätigkeiten, die in Betrieben mit mehrstufiger Linienfertigung unter den Begriffen „Disposition“ und „Planung“ zusammengefaßt werden. Schneider [S CHN 96] definiert: Eine Produktionssteuerungsaufgabe ist die Aufgabe, für ein vorgegebenes Pro- duktionssystem vorausschauend Solldaten über die qualitative, quantitative und zeitliche Zuordnung der Ele- mente eines Produktionssystems, die in sich und mit den Ausgangsdaten konsistent sind, für einen definierten, zielgerichteten Produktionsprozeß festzulegen (evtl. unter Berücksichtigung gewisser Ziele) und dem Produk- tionsprozeß vorzugeben und evtl. festzustellen, ob Inkonsistenzen vorliegen. 1. „Der Produktionsprozeß ist eine zeitliche Folge von Erzeugungen und Verbräuchen bzw. Nutzungen wirt- schaftlicher Güter und setzt sich aus einer Vielzahl von Einzelprozessen zusammen, die eine Umwandlung bzw. Umformung realer Gegebenheiten (Stoff, Energie, Information) oder eine Veränderung ihrer Koordina- tenwerte im Raum-Zeit-Kontinuum (Transport, Lagerung) bewirken ...“ ([K ERN 79], Sp. 1597); „Das im Be- reiche eines Produktionssystems ablaufende Geschehen ist ein mehrdimensionales Phänomen und wird mit der Bezeichnung Produktionsprozeß belegt ...“ ([K ERN 79 ], Sp. 1608). Geometriemodelle Seite 4 (43) 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 nicht möglich oder zweckmäßig ist [KLBU75]. Diese Definition bringt die Intension, die in der Produktionsplanung und -steuerung mit dem Einsatz von Modellen verfolgt wird, hervorragend zum Ausdruck: Der Ablauf in der Produk- tion soll an einem Modell, nicht am Original für einen bestimmten Zeitraum erprobt und in einem Plan festgehalten werden, der seinerseits dem Original als Handlungsrichtlinie übermit- telt wird. Nach Stachowiak [STA73] läßt sich der Modellbegriff durch die drei Merkmale Abbildung, Verkürzung, Pragmatik beschreiben. Das Abbildungsmerkmal besagt, daß ein Modell immer das Abbild von etwas - 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 Ori- ginals erfaßt werden. Nur in Kenntnis aller Attribute des Modells und der des Originals läßt sich die Verkürzung und die davon betroffenen Attribute überhaupt feststellen. Unter dem pragmatischen Merkmal von Modellen ist zu verstehen, daß Modell und Original einander nicht per se zugeordnet sind. Vielmehr wird die Zuordnung von Modell und Original durch die Fragen „Für wen?“, „Wann?“ und „Wozu?“ relativiert, da ein Modell immer von einem erken- nenden oder modellbenutzenden Subjekt innerhalb gewisser Zeitspannen zu einem ganz bestimmten Zweck für ein Original eingesetzt wird. 2 Geometriemodelle Derartige Modelle werden in der Produktionsplanung und -steuerung üblicherweise nicht benutzt. Über die Identifikation kann ein Verweis zu einer CAD-Beschreibung hergestellt wer- den (siehe z. B. [ABE 90]). 3 Ortsmodelle Da von vornherein kein Standort gegenüber einem anderen ausgezeichnet ist, wählt man zur Zerlegung in Standorte innerbetrieblich üblicherweise eine regelmäßige Unterteilung mittels eines Planungsrasters. Es entsteht eine endliche Anzahl von Rasterpunkten oder Rasterflächen, die sowohl die möglichen Standorte als auch die Längen- und Flächeneinheit definieren. Vor allem überbetrieblich wählt man beliebige Koordinatensysteme [DAN86] 4 Zeitmodelle Die Zeit ist der Ablauf des Geschehens, die Aufeinanderfolge von Ereignissen (s. [WAH78]) 1. Wenn man die Aufeinanderfolge von Ereignissen in einem Fertigungssystem darstellen will, wenn man die zeitliche Distanz dieser Ereignisse zueinander und die Veränderung von Zustän- den ausdrücken will, um sie als Planwerte vorgeben und überwachen zu können, dann benötigt 1. Zur Diskussion der Zeit s. insbesondere die Ausführungen in [RIE 91].