Wie muß eine zukunftsorientierte Produktionsplanung und
-steuerung aussehen?
- Anforderungen an und Konzepte für PPS aufgrund neuer Wettbewerbsfaktoren -
Ein Beitrag von Ute Mussbach-Winter und Helmuth Gienke

Thema des Monats April 2000
Stand: 04.07.2008

Die Wettbewerbsbedingungen der produzierenden Unternehmen in Europa haben sich dramatisch geändert. Schon seit mehr als einem Jahrzehnt ist der Markt nicht mehr vom Verkäufer bestimmt, sondern das Angebot überwiegt die Nachfrage. Bisher konnte der Export diese Situation noch glätten. Die Stärke der deutschen Industrie lag in der Qualität der Produkte und des Service. Daß diese Situation sich ständig verschlechtert geht allein aus der Tatsache hervor, daß die Bundesrepublik im Exportanteil vom ersten auf den dritten Platz abgesunken ist. Unser Wettbewerbsvorteil Qualität ist von den Newly Developed Countries ausgeglichen worden. Es geht natürlich nicht an, daß wir jetzt alle kollektiven Selbstmord begehen, um ein Wort von Lothar Späth aufzugreifen, sondern wir müssen die Antworten finden, die unsere Wettbewebsfähigkteit wieder herstellen.

Zuerst gilt es, die Anforderungen zu präzisieren. Die Folgen für unsere Unternehmen ergeben sich aus dem geänderten Käuferverhalten. Der Käufer kann auswählen und das tut er auch. Er entscheidet aufgrund der Funktionen, des Preises, der Produktqualität und besonders auch des Service. Wir müssen in allen diesen Faktoren mit den Wettbewerbern gleichziehen und mindestens in einem entscheidenden ihn übertreffen. Diese Herausforderung muß unsere Strategie bestimmen (Bild 1).

Bild 1: Basis des wirtschaftlichen Erfolgs von Unternehmen

Dazu müssen alle Mitarbeiter eines Unternehmens zielgerichtet agieren. Das beginnt mit den Funktionen der angebotenen Produkte. Es ist nicht sinnvoll, alle maximal möglichen Funktionen zu erfüllen, sondern es müssen die Funktionen erkannt und selektiert werden, die der Kunde wünscht und braucht. Diese Funktionen wandeln sich sehr schnell durch Weiterentwicklung und das sich ständig ändernde Umfeld auch bei den Kunden unserer Kunden. Die Forderung ist nicht nur, diese Funktionen schnell in Konstruktionen umzusetzten, sondern auch schnell auf den Markt zu bringen. Hierzu müssen alle Beteiligten an der Produktdefinition, Konstruktion, Arbeitsvorbereitung und Fertigung mitarbeiten und sich mit den Forderungen des Marktes und dem Produkt identifizieren. Das ist nicht mehr möglich, wenn man nur davon ausgeht, daß der Vertrieb sagt, was benötigt wird, sondern nur durch gemeinsame Anstrengungen aller in einem Team.

Um die Produkte in einem Staat mit unseren hohen Lohnkosten wettbewerbsfähig zu halten, bedarf es gleichfalls der Anstrengungen aller. Die Mitarbeiter müssen in autonomer Verantwortung über die optimalen Herstellungsmethoden entscheiden und machen damit die herkömmliche, zentrale Fertigungsplanung weitgehend überflüssig. Diese wandelt sich zur koordinierenden Instanz. Die erforderliche Abstimmung über den gesamten Fertigungsprozeß muß das Know How aller Mitarbeiter mit einer gemeinsamen Zielsetzung zusammenfassen, um Brüche in der Herstellungskette und damit trotz isolierter Optimierung Kostennachteile zu vermeiden. Die Produktionsverfahren müssen schnell angepaßt werden können, um den Wettbewerbsvorteil zu erhalten.

Analog gilt für die Produktqualität, daß alle Mitarbeiter ständig aufgefordert sind, die Qualität zu steigern und die Erkenntnisse schnell umgesetzt werden können. Auch hier sind erkannte Mängelursachen rasch zu beseitigen.

Eine entscheidende Rolle am Markt der Gegenwart spielt die Servicequalität. Es gilt nicht mehr, daß der Kunde nur König ist, er ist der einzige Zweck des Unternehmens. Für den Kunden und nur für den Kunden erstellen wir unsere Produkte und vom Kunden und nur vom Kunden erhalten wir unseren Lohn. Diese Maxime müssen alle Mitarbeiter akzeptieren und sich mit ihr identifizieren. Einen wesentlichen Einfluß auf die Servicequalität leistet die Produktionsplanung und -steuerung (Bild 2).

Bild 2: Service als Wettbewerbsfaktor

Welche Folgerungen ergeben sich hierbei für die Fertigung? Die wichtigste Folge ist die Abkehr von Taylor. Das ist der Aufbau von dezentralen Strukturen um Autonomie und Marktnähe zu erreichen. Das Unternehmen muß in kleinere, autonome organisatorische Einheiten gegliedert werden, wie sie in der Lean Production und noch stärker in der Fraktalen Fabrik realisiert sind (Bild 3). Das bedeutet nicht nur die Delegation der Verantwortung an den Ort des Geschehens um die Motivation zu steigern, sondern mindestens ebenso um die Reaktionsfähigkeit zu erhöhen. Die Zeit ist die Ressource der Zukunft und zwar nicht so sehr im Sinne der Zeitwirtschaft als Kapazität, sondern als Reaktionsgeschwindigkeit auf die Marktforderungen.

Bild 3: Entwicklungen bei den Produktionsstrategien

Die Wettbewerbsfähigkeit wird nicht dadurch erreicht, daß man den Mitarbeitern die optimalen Verfahren zentral vorschreibt, sondern daß die Mitarbeiter diese Verfahren selbst erarbeiten und sich damit auch identifizieren. Das bedeutet, daß innerhalb eines Unternehmens durchaus völlig verschiedene Steuerungs- und Dispositionsmethoden angewandt werden können, also eine Abkehr von der Tendenz der Vergangenheit, ein nahezu einheitliches Verfahren aus Rationalisierungsgründen vorzuschreiben (Bild 4).

Bild 4: Dezentralisierung von PPS-Funktionen

Zuerst einmal die Konsequenzen für die Fertigungsplanung. Wenn die Produktionsverfahren von den einzelnen Mitarbeitern beziehungsweise von den Gruppen festgelegt werden, kann es keine zentrale Fertigungsplanung mehr geben. Wenn nicht mehr die Erfüllung der eigenen Aufgaben im Mittelpunkt steht, sondern alle mitverantwortlich für die Erfüllung der Unternehmensziele sind, dann erfordert das auch Abstimmung zwischen den einzelnen Gruppen, um auf Störungen rascher reagieren zu können. Dies ist eine radikale Abkehr von dem Prinzip der zentralen Produktionsplanung und -steuerung. Selbst bei komplexen Produkten, die bisher eine hohe Anforderung an die Koordination der einzelnen Gewerke erforderten, wird die Produktionsplanung und -steuerung nur grobe Angaben zum Ressourcenbedarf machen und nur grob planen können. Mit diesen verringerten Aufgaben wird auch der personelle Umfang reduziert, was in der MIT-Studie als schlank bezeichnet wird, wenn es auch nur ein Symptom ist. Die detaillierte Vorbereitung wird in den Gruppen durchgeführt, die dann aber zur Entscheidungsfindung entsprechend umfangreiche Informationen benötigen.

Ein weiterer Aspekt betrifft die Anforderungen an die Kommunikation. Allein um schnelle Lieferzeiten zu erreichen, müssen die Übergangszeiten möglichst kurz gehalten werden. Dafür ist eine intensive Abstimmung zwischen den einzelnen Arbeitsplätzen über Prioritäten und Bearbeitungsdauer erforderlich, die über die bisherigen Forderungen, in einem bestimmten Zeitfenster zwischen frühestem Anfangstermin und spätestem Endtermin zu bleiben, hinausgeht. Außerdem ist anzustreben, daß sich die einzelnen Bereiche über die optimale Bearbeitung im Produktionsprozeß unter Prozeßkostenaspekten abstimmen. Zu diesem Zweck ist eine möglichst weitgehende Kommunikation erforderlich, die entsprechend zu unterstützen ist. Daß die Mitarbeiter durch entsprechende Motivationssysteme dazu gebracht werden müssen, diese Kommunikationswege zu nutzen, steht auf einem anderen Blatt.

Bild 5: Anforderungen an dezentrale Produktionseinheiten

Daraus ergeben sich die Anforderungen an die Produktionsplanungs- und -steuerungs-systeme (PPS-Systeme), die sich aus den Anforderungen an die dezentralen Produktionseinheiten (Bild 5) ableiten. Diese Systeme müssen wesentlich stärker auf die Steuerung in mehreren Ebenen ausgerichtet werden. In der betriebsumfassenden Ebene wird nur mit groben Annahmen gearbeitet, in der Gruppenebene dagegen mit feinen Daten, ggf. unter Einsatz von gesonderten Werkstattleitsystemen, oder außerhalb des PPS- mit manuellen Systemen. Erschwerend kommt hinzu, daß diese drei Formen in einem Betrieb nebeneinander auftreten können.

Zur Erfüllung dieser Anforderungen gibt es zwei Wege:

- ein übergreifendes System, in dem die Information aus allen Bereichen gesammelt und allen nach verschiedenen Kriterien zur Verfügung gestellt wird. Diese Lösung ist zwar denkbar, zum Beispiel unter Nutzung von wissensbasierten Systemen zur Erstellung und Pflege der Daten, aber sie ist wenigsten zur Zeit noch nicht beherrschbar. Nach den heutigen Erkenntnissen überwiegen auch die Nachteile dieser Lösung, unter anderem bei der Zuverlässigkeit einer derart komplexen Anwendung.

- Erfüllung der Funktionen je nach Ebene auf unterschiedlichen Systemen.

Die Vorteile dieser zweiten Lösung werden gerstärkt durch die zunehmend stärkere Leistung kleiner Prozessoren und die erheblichen Verbesserungen bei der Vernetzung sowohl als Kommunikationsnetz als auch funktional, zum Beispiel vernetzte Datenbanken. Es gibt dabei einige Voraussetzungen, die zu diskutieren sind.

Die zweite Lösung erfordert eine sichere und durchgängige Kommunikation, die es erlaubt, Informationen schnell anderen Einheiten bereitzustellen. Diese Informationen sind nicht nur Daten über den Arbeitsfortschritt und die Qualität, sondern ebenso Funktionen, die heute nonverbal, z.B. durch Skizzen, Diagramme, oder in Schrift und Gespräch vermittelt werden. Die Möglichkeiten der multimedialen Kommunikationssysteme bieten besonders in der Produktion, die wir als Gesamtheit der Gütererzeugung mit Einschluß der Fertigung sehen, neue Möglichkeiten zu schnelleren und sicheren Abläufen.

Diese Entwicklung geht über die einfache Kommunikation, also den reinen Informationsaustausch hinaus, da sie auch der Abstimmung zwischen unterschiedlichen Produktionsenheiten dienen soll. Reduziert man den Umfang einer zentralen Ablaufsteuerung, wird ein erhöhter Abstimmungsbedarf zwischen den einzelnen Produktionsenheiten entstehen, um den Materialfluß zeitlich so zu steuern, daß das Ziel "Kundenwünsche erfüllen" optimal erfüllt wird. Dazu sind Blackboardarchitekturen zur Werkstattsteuerung in der Entwicklung, also Architekturen, in denen jeder Teilnehmer seine Informationen in ein System eingibt, das sie jedem anderen Teilnehmer sichtbar macht. Diese Architekturen müssen Bestandteil der zukünftigen PPS-Systeme sein.

Durch die Entwicklung zu einer dezentralen Struktur der Produktion ist ein PPS-System nicht mehr ein funktions- und algorithmenorientiertes Planungssystem, an dessen Ergebnisse man sich möglichst anzupassen hat, sondern im Schwerpunkt vielmehr ein Informationssystem, das die Basis für eine Entscheidungsfindung und Situationsbeschreibung liefert. Die Steuerungsalgorithmen sollen die Möglichkeiten beschreiben.

Damit gewinnt auch die Forderung nach Simulationen und deren optimale Unterstützung ein viel stärkeres Gewicht als bisher. Ebenso sind Änderungen im Auftragsnetz durch Terminverschiebungen, Reihenfolgeänderungen oder Terminunter- bzw. überschreitungen schritthaltend zu verarbeiten, um möglichst schnell die neue Situation zu beschreiben und den anderen Bereichen Hinweise auf eventuelle Änderungen zu geben. Zeit ist die Ressource der Zukunft, das gilt auch für dialogorientierte Informationssysteme.

Bei der Erfüllung der Funktionen auf mehreren Ebenen müssen die Ergebnisse sowohl vertikal von der Gesamteinplanung bis zum einzelnen Arbeitsgang als auch horizontal zur Koordination des Materialflusses abbildbar sein. Das klingt einfacher als es ist, weil häufig unterschiedliche Kriterien für die Planung angesetzt werden, zum Beispiel auf Funktionen basierend für die Gesamtplanung, auf Arbeitsgängen zu einzelnen Teilen für die Fertigung und nach Montagegruppen in der Montage. Die Methoden für diese Synchronisation sind bekannt, werden aber wenig angewandt, weil sie ein gewisses Umdenken erfordern und die Unternehmen den Aufwand scheuen. Ohne diese Ansätze ist aber zum Beispiel eine mitlaufende Kalkulation im Maschinenbau nicht möglich und damit auch die Entscheidungsfindung erschwert.

Jede Einheit des Unternehmens entscheidet in dezentralen Produktionsstrukturen (z. B. Fraktale Fabrik) autonom über die Methoden der Produktion und deren Steuerung. Dadurch läßt sich einerseits bei den Mitarbeitern die optimale Motivation und Nutzung ihrer Kenntnisse erreichen und andererseits die bestmögliche Abdeckung der spezifischen Marktanforderungen an eine Einheit erzielen. Daraus folgert, daß die Produktionsplanung und -steuerung in den einzelnen Einheiten unterschiedlich gehandhabt wird. Das umfaßt nicht nur die Ausprägungen der Systemunterstützung, zum Beispiel manuell oder mit einem integrierten System, sondern ebenso die Struktur der Planungseinheiten, die Zeitintervalle, die Behandlung der ermittelten Materialbedarfsdaten usw.

In den bisher bestehenden Systemen wird die unterschiedliche Behandlung der verschiedenen Anforderungen meist durch Parameter in den Stammsätzen gesteuert (Bild 6). Diese Methode ist nicht umfangreich genug, da sowohl für einzelne Teile in unterschiedlichen Werkstätten als auch situationsabhängig innerhalb einer dezentralen Einheit unterschiedliche Behandlung erforderlich sein kann. Das ist ein wesentlicher Unterschied zu Mandantensystemen. Ein Weg die Anforderungen dezentraler Planungs- und Steuerungsstrukturen besser erfüllen zu können zeichnet sich mit den objektorientierten Systemkonzepten ab.

Bild 6: Gestaltungsprinzipien von PPS-Systemen

Die dezentrale Struktur erfordert auch die Möglichkeit, Stammdaten, Parameter und die Rückmeldungen individuell für eine höhere Ebene zu verdichten. Die Kommunikation zwischen den dezentralen Einheiten wird nicht nur angestrebt, sondern ist unbedingt erforderlich. Das bedeutet einen erheblichen Datenaustausch zwischen den einzelnen PPS-Teilen, der bei den heutigen Mandantensystemen nicht sehr ausgeprägt ist. Diese Kommunikation einschließlich der Übermittlung von Bedarfsdaten ist im PPS-System der Zukunft außerdem noch individuell steuerbar hinsichtlich der Form, der Zeit und dem Grad des manuellen Eingriffs. Auch hinsichtlich der zu sendenden und empfangenden Daten muß die Kommunikation offen und individuell gestaltbar sein, um unterschiedliche Systeme zu integrieren zu können. Das betrifft nicht nur die horizontale Kommunikation auf einer Ebene sondern die Datendurchlässigkeit auf allen Ebenen, horizontal und vertikal.

Die dezentralen Einheiten definieren unterschiedliche Ausprägungen der Funktionen und benötigen auch unterschiedliche Routinen für ihre Arbeit. Um ihnen die Möglichkeit zu geben, schnell die erforderliche Konfiguration der Routinen innerhalb des Angebotes im System zu konfigurieren, sind wissensbasierte Systeme zur Pflege und Steuerung der Anwendung integriert. Solche Systeme bestehen bereits für die Parameterdefinition bei bestimmten PPS-Systemen, diese Möglichkeiten reichen aber, wie oben ausgeführt, nicht aus.

Der Informationsanfall (Rückmeldungen, Zustandsdaten Mengen und Zeitpunkte) soll zur optimalen Nutzung für die Steuerung angemessen groß sein. Um möglichst viel Information zu beschaffen, sind entsprechende Statistik- und Darstellungsroutinen notwendig. Mit diesen Werkzeugen werden von den dezentralen Einheiten strukturelle Verbesserungsmöglichkeiten für den Gesamtablauf erarbeitet. Dieses umfaßt besonders auch Navigationssysteme zur Zielvereinbarung und Überprüfung der Zielkongruenz (Bild 7).

Bild 7: Analyse- und Kennzahlensystem als Komponente der Produktionsplanung und
-steuerung

Es gilt, die Aktivitäten der dezentralen Einheiten in eine gemeinsame Richtung zu lenken, um in einem gesamtheitlichen Prozeß die Anstrengungen aller Mitarbeiter zu einem optimalen Gesamtergebnis zu lenken. Diese Aufgabe wird durch den Zielvereinbarungsmechanismus erreicht, mit dem die dezentralen Einheiten sich zu einer Zielausrichtung arrangieren. Der Zielvereinbarung muß ein Konzept zur Bewertung des Zielerreichungsgrades in den einzelnen Fraktalen entsprechen. Für diese Aufgabe sind Routinen entwickelt, die entsprechend den vereinbarten Größen der Zielvorgaben die erreichten Größen gegenüberstellen und es so erlauben, Zielabweichungen zu ermitteln, erforderliche Korrekturen der Aktivitäten vorzunehmen und die Zielerreichung zu bewerten. Die Möglichkeiten erlauben einen mehrdimensionalen Zielvergleich und gehen weit über die heutigen Möglichkeiten hinaus.

Entsprechend den unterschiedlichen Methoden der dezentralen Einheiten sind auch die Datenmodelle unterschiedlich gestaltet. Die Datenbankstruktur muß im PPS-System der Zukunft offen definierbar und die Datenbank allen Nutzern im Rahmen ihres Bedarfs zugänglich sein. Verteilte Datenbanken sind hierbei anzustreben.

Infolge der Kritik an den Zentralsystemen erfolgt die Realisierung heute meist auf vernetzten Systemen mit transparenter Architektur. Die Behandlung und Pflege des Systems ist so vereinfacht, daß sie ohne Spezialisten durchgeführt werden kann. Dabei besteht die Möglichkeit, feste Abläufe zu definieren, aber auch wahlfrei die einzelnen Anwendungen anzusprechen. Die Benutzeroberfläche ist nach modernen ergonomischen Erkenntnissen gestaltet, einheitlich und leicht bedienbar.

Damit die realisierten Funktionen vor Ort akzeptiert werden, müssen sie transparent und leicht verständlich sein. Die Datenverdichtung wird über mehrere Ebenen unterstützt, das bedeutet, daß die Daten einer übergeordneten Ebene eine Verdichtung der feineren Struktur ist. Das gilt sowohl für Stammdaten als auch für Bewegungsdaten. Stammdaten werden im Gegensatz zu den bisherigen Systemen nicht mehr als statisch und nur willkürlich veränderlich angesehen, sondern als ein vereinfachtes Modell einer tiefergehenden Struktur, die letztlich die Werkstattabläufe und die übrigen Vorgänge im Unternehmen exakt beschreiben. Die Datenhaltung im EDV-System setzt dabei auf einer beliebigen Ebene auf.

Jede dezentrale Produktionseinheit erarbeitet ihre eigenen Vorgehensweisen und benötigt dazu entsprechende Methoden, die aus dem Gesamtangebot des PPS-Systems ausgewählt werden oder, wenn keine entsprechende Unterstützung vorhanden ist, individuell erstellt werden müssen. Da die Auswahl der geeigneten Methoden (im Unterschied zu den Verfahren) nicht zum eigentlichen Aufgabengebiet der dezentralen Produktionseinheit gehört, ist eine Unterstützung bei der Definition und deren Konfiguration erforderlich. Die Auswahl der Methoden kann sehr komplex werden, besonders durch die gegenseitigen Abhängigkeiten. Es ist sinnvoll, für diese Aufgaben wissensbasierte Systeme einzusetzen, um eine Symbiose aus den Kenntnissen der Systemersteller und eigenen Erfahrungen zu nutzten. Mit diesem Werkzeug ist die Konfiguration des System individuell den jeweiligen Anforderungen entsprechend gestaltbar.

Zur Steuerung der eigenen Aktivitäten benötigen die dezentralen Produktionseinheiten Auswertungen und Statistiken, die dem jeweiligen Bedarf entsprechen. Häufig werden diese Auswertungen manuell aus den vorhandenen Daten erarbeitet. Um diese Arbeit zu vereinfachen, sind entsprechende Werkzeuge in das PPS-System der Zukunft integriert, die schnell und einfach, analog den heutigen Tabellenkalkulationsprogrammen, erlauben, solche Übersichten zu erstellen.

Eine wichtige Aufgabe ist die Abstimmung zwischen dezentralen Einheiten mit unterschiedlicher Planungsgenauigkeit, unterschiedlichem Planungshorizont und -zyklus. Diese Abstimmung unterscheidet sich schon zwischen einer dezentralen Produktionseinheit und anderen, zu denen Beziehungen bestehen. Zur Unterstützung der Kommunikation sind entsprechende Werkzeuge vorgesehen, zum Beispiel Agentensysteme etc. Die erforderlichen Methoden sind unter anderem Bedarfs- und Absatzprognosen zwischen unterschiedlichen dezentralen Produktionseinheiten, die durchaus den Schwierigkeitsgrad haben, der heute zwischen unterschiedlichen Unternehmen besteht. Die Unzuverlässigkeit dieser Prognosen im heutigen Umfeld muß beseitigt werden.

Auch in Zukunft werden gewisse koordinierende Funktionen der Produktionsplanung- und
-steuerung zentral für den ganzen Betrieb erforderlich sein. Die Ausprägung ist dabei unternehmensspezifisch, weil zum Beispiel ein Betrieb mit hohem Anteil an Wiederholteilen ganz andere Voraussetzungen hat, als ein ausgeprägter Einmalfertiger. Die Abgrenzung, welche PPS-Funktionen sinnvollerweise auch zukünftig zentral durchgeführt werden und welche nicht, wird ebenfalls mittels wissensbasierten Systemen unterstützt. Die Basis sind Kriterien für die unternehmensspezifische Abgrenzung.

Was als Ausprägung für den ganzen Betrieb gilt, nämlich die individuelle Konfiguration der Methoden der Produktionsplanung- und -steuerung gilt ebenso für die einzelne Werkstatt. Die Werkstattsteuerung wird individuell nach dem Bedarf der einzelnen dezentralen Produktionseinheiten realisiert. Das umfaßt sowohl ausgeprägte Informationstechnik als auch händische Realisierungen ohne jede Unterstützung durch informationsverarbeitende Systeme. Die Zwischenstufen sind nahezu beliebig ausgeprägt. Die Schnittstellen zwischen diesen Systemen und zu diesen Systemen sind flexibel vorhanden. Wichtig ist ebenfalls eine flexible Schnittstelle zu verschiedenen Produktionsdatensystemen (BDE, MDE, QDE usw.), deren Daten auch entsprechend ausgewertet werden können.