Reinhard Waldner
Betriebswirtschaftliche Kennzahlen zur Produktionsplanung und -steuerung
ISBN: 978-3-8366-0456-7
Druck Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2007
Zugl. Karl-Franzens-Universität Graz, Graz, Österreich, Magisterarbeit, 2006
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Printed in Germany
Der Denkende muss
zum Dankenden werden.
Im Erkennen der Welt,
des Himmels, der Erde,
der Denkende wird
zum Staunen geführt.
Und eh' es sich versieht,
wird das Herz vom Hirne
zum Danken angerührt.
Peter Fröhling
Ich möchte mich bei allen bedanken, die mich im Laufe meines Studi-
ums in irgendeiner Weise unterstützt haben.
Ich danke vor allem meiner Familie, die mich immer bei der Verwirkli-
chung meiner Ziele und Träume bedingungslos unterstützt hat. Beson-
ders bedanken möchte ich mich bei meiner Mutter, der auch in schwie-
rigen Zeiten immer mein Wohl und das meiner Geschwister am wich-
tigsten war. Danke, dass du immer für mich da bist!
Dem Institut für Industrie und Fertigungswirtschaft danke ich für die
Möglichkeit, an diesem Institut meine Diplomarbeit verfassen zu kön-
nen. Im Speziellen bedanke ich mich bei Dr. Peter Greistorfer und Prof.
Dr. Edwin Fischer.
Schlussendlich bedanke ich mich noch bei all meinen Freunden, die
mich während meiner Studienzeit begleitet und unterstützt haben.
I
INHALTSVERZEICHNIS
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS V
SYMBOLVERZEICHNIS V
ABBILDUNGSVERZEICHNIS VIII
TABELLENVERZEICHNIS IX
1.
Zielsetzung und Aufbau der Diplomarbeit...1
2.
Produktionsplanung und steuerung...3
2.1. Definition und Überblick ... 3
2.2. Konzepte zur Lösung der operativen Planungsprobleme ... 6
2.2.1.
Partialmodelle und Sukzessivplanung ... 7
2.2.2.
Totalmodelle und Simultanplanung... 8
2.2.3.
Hierarchische Planung... 8
2.3. Das Planungs- und Steuerungssystem eines heutigen
,,Standard-Systems" zur Produktionsplanung und
-steuerung... 10
2.3.1.
Produktionsplanung ... 12
2.3.1.1.
Produktionsprogrammplanung... 12
2.3.1.2.
Mengenplanung ... 15
2.3.1.3.
Produktionsprozessplanung ... 16
2.3.1.3.1. Losgrößenplanung... 17
2.3.1.3.2. Termin- und Kapazitätsplanung... 18
2.3.1.3.3. Reihenfolgeplanung und Feinterminierung... 20
2.3.2.
Produktionssteuerung ... 21
2.3.2.1.
Auftragsfreigabe ... 21
2.3.2.2.
Kapazitäts- und Auftragsüberwachung ... 21
2.4. Ziele der Produktionsplanung und -steuerung ... 22
3.
Allgemeine Klassifizierung von
betriebswirtschaftlichen Kennzahlen ...25
3.1. Arten und Klassifizierung von betriebswirtschaftlichen
Kennzahlen ... 26
3.1.1.
Einteilung nach formalen Kriterien ... 26
II
3.1.2.
Einteilung nach Objektbezug ... 28
3.1.3.
Einteilung nach Zielorientierung... 29
3.1.4.
Einteilung nach Wirkungsbereich... 29
3.2. Betriebswirtschaftliche Kennzahlensysteme und
-systematik... 29
3.3. Theoretische Kriterien für die Bildung von Kennzahlen und
Kennzahlensystemen... 33
3.4. Nutzungsmöglichkeiten von Kennzahlen und
Kennzahlensystemen... 36
4.
Ausgewählte Kennzahlen der Produktionsplanung
und steuerung und Möglichkeiten zur
Optimierung... 39
4.1. Optimierung betriebswirtschaftlicher Kennzahlen zur
Produktionsplanung- und steuerung durch Kennzahlen und
Kennzahlensysteme... 40
4.1.1.
Durchlaufzeit... 42
4.1.1.1.
Durchlaufzeit der Arbeitsgänge ... 43
4.1.2.
Termintreue ... 48
4.1.2.1.
Termintreue der Arbeitsgänge ... 48
4.1.3.
Bestände ... 54
4.1.3.1.
Kennzahlenhierarchie zur Kapitalbindung der
Werkstattbestände... 55
4.1.3.2.
Kennzahlenhierarchie zur Untersuchung der
physischen Bestände ... 56
4.1.3.3.
Kennzahlenhierarchie zur Warteschlangenlänge
der Maschinen ... 58
4.1.4.
Kapazitätsauslastung... 60
4.1.4.1.
Kennzahlenhierarchie zur Analyse der
Kapazitätsauslastung ... 61
4.2. Quantitative Methoden zur Optimierung ausgewählter
Kennzahlen... 64
4.2.1.
Problemklassen ... 64
4.2.2.
Lösungsverfahren ... 65
4.2.3.
Optimierung der Losgrößenplanung ... 66
4.2.3.1.
Statisches Losgrößenmodell ... 68
4.2.3.2.
Dynamisches Grundmodell von Wagner und
Whitin ... 71
4.2.3.3.
Heuristische Verfahren für das Grundmodell von
Wagner und Whitin ... 76
III
4.2.3.4.
Beispiel für ein unkapazitiertes Mehrproduktmodell
mit konvergierender Produktstruktur... 78
4.2.4.
Optimierung der Reihenfolgeplanung
,
... 81
4.2.4.1.
Generelle Lösungskonzepte für Probleme der
Reihenfolgeplanung... 82
4.2.4.2.
Optimale Lösungskonzepte für ausgewählte
Probleme der Reihenfolgeplanung ... 85
4.2.4.2.1. N/2/R/Dmax-Problem ... 85
4.2.4.2.2. N/2/W/D
max
-Problem ... 86
5.
Alternative Konzepte und deren Auswirkung auf
die Spitzenkennzahlen zur Produktionsplanung
und -steuerung...89
5.1. Schwächen von Material-Requirements-Planning-
Konzepten und Auswirkungen auf die
betriebswirtschaftlichen Kennzahlen zur
Produktionsplanung und -steuerung ... 89
5.2. Kanban... 91
5.2.1.
Einsatzvoraussetzungen... 92
5.2.2.
Vor- und Nachteile beim Einsatz von Kanban und
Auswirkungen auf die Spitzenkennzahlen zur
Produktionsplanung und -steuerung ... 92
5.3. Belastungsorientierte Auftragsfreigabe ... 93
5.3.1.
Einsatzvoraussetzungen... 94
5.3.2.
Nachteile beim Einsatz der belastungsorientierten
Auftragsfreigabe und Auswirkungen auf die
Spitzenkennzahlen zur Produktionsplanung und
-steuerung... 95
5.4. Bestandsgeregelte Durchflusssteuerung ... 97
5.5. Optimized Production Technologie ... 97
5.5.1.
Ziele, Vorgehensweise und Einsatzvoraussetzungen
des Optimized Production Technologie-Konzepts ... 98
5.5.2.
Vor- und Nachteile des Optimized-Production-
Technologie-Konzepts und deren Auswirkungen auf
die Spitzenkennzahlen zur Produktionsplanung und
-steuerung... 99
5.6. Fortschrittszahlensystem ... 100
5.6.1.
Vorgehensweise beim Einsatz des
Fortschrittszahlensystems ... 101
5.6.2.
Auswirkungen auf die Spitzenkennzahlen zur
Produktionsplanung und -steuerung ... 102
IV
6.
Umfassende betriebliche Konzepte und deren
Auswirkungen auf die Spitzenkennzahlen zur
Produktionsplanung und -steuerung... 103
6.1. Just-in-Time-Produktion... 103
6.1.1.
Beurteilung der Just-in-Time-Produktion und
Auswirkungen auf die Spitzenkennzahlen zur
Produktionsplanung und -steuerung ... 105
6.2. Lean Production... 106
6.2.1.
Beurteilung der Lean Production und Auswirkungen
auf die Spitzenkennzahlen zur Produktionsplanung
und -steuerung... 107
6.3. Supply Chain Management... 109
6.3.1.
Optimierung und Kontrolle der Supply Chain... 110
6.4. Virtuelle Unternehmen ... 111
6.4.1.
Produktionsplanung und -steuerung in virtuellen
Unternehmen ... 112
7.
Schlussbetrachtung ... 115
8.
Literaturverzeichnis... 117
9.
Internetquellen ... 121
10.
Anhang... 123
10.1. Praktisches Beispiel zur Anwendung des Silver-Meal-
Verfahrens und des Groff-Verfahrens ... 123
V
Abkürzungsverzeichnis:
AG Arbeitsgang
BDE Betriebsdatenerfassung
BGD Bestandsgeregelte
Durchflusssteuerung
BOA Belastungsorientierte
Auftragsfreigabe
DB Deckungsbeitrag
EOQ
Economic Order Quantity
ERP
Enterprise Ressource Planning
FSZ Fortschrittszahlensystem
GE Geldeinheit
ME Mengeneinheit
MRP I
Manufacturing Ressources Planning I
MRP II
Manufacturing Ressources Planning II
MRP
Material Requirements Planning
OPT
Optimized Production Technology
OR Operations
Research
PPS
Produktionsplanung und steuerung
REFA
Verband für Arbeitsgestaltung, Betriebsorganisation
und Unternehmensentwicklung e.V.
ROI
Return on Investment
ZE Zeiteinheit
Symbolverzeichnis:
In Kapitel 2 verwendete Symbole:
a
ij
Kapazitätseinheiten
b
j
Absatzrestriktion
d
j
Deckungsbeiträge
I
Anzahl der gleichen Arbeitsträger
j Produkt
k
i
Begrenzung der Produktionskapazität
VI
k
j
variable
Herstellkosten
m
Anzahl der verschiedenen Arbeitsträger
n
Anzahl verschiedener Produkte
p
j
Absatzpreise
x
j
Maximaler
Deckungsbeitrag
In Kapitel 4.2.3.1. verwendete Symbole
E
konstante Kosten der Umrüstung je Los
K
Gesamte Umrüstkosten pro Jahr
L Lagerkosten
m
Gesamtmenge pro Jahr
p
Kapitalkostensatz zuzüglich Lagerkostenzinssatz
s
variable Produktionskosten je Stück mit Aus-
wirkung auf die Kapitalbindung
U
Umrüstkosten pro Jahr
x
Stückzahl je Auflage
opt
x optimale
Losgröße
In Kapitel 4.2.3.2. - 4.2.3.4. verwendete Symbole
jk
a
Direktbedarf von Produkt j für 1 ME von Produkt k
hj
Menge von Produkt h
t
c Lagerhaltungskosten
t
f
losfixe Kosten
K Kosten
t
K
Gesamtkosten
t
K Stückkosten
p
t
K
Kosten pro Periode, die entstehen, wenn in t ein Los
t
t
M
q
=
zur Deckung des Mengenbedarfs bis zur
Periode
aufgelegt wird.
t
l Lagerbestand
VII
t
M kumulierte
Nachfrage
t
m
Bedarfsrate oder Absatzgeschwindigkeit
nt
p
Primärbedarf für das Endprodukt n in der Periode t
t
q Bestellmenge
T letzte
Periode
Periodenindex
Menge der unmittelbaren Nachfolger von j im
Gozintographen
j
µ
einziger Nachfolger von j, falls
j
= 1
t
binäre
Rüstvariable
In Kapitel 4.2.4. verwendete Symbole
max
D
Maximale
Durchlaufzeit
M
Anzahl verschiedenartiger Maschinen
N
Anzahl der Aufträge
W Werkstattfertigung
X Aufträge
Im Anhang verwendete Symbole
t
c Kosten
t
f
Rüstkosten bzw. fixe Bestellkosten
t
m Bedarfsmengen
t
q
zu produzierende Menge
Periodenindex
VIII
Abbildungsverzeichnis:
Abbildung 1: Entwicklung des MRP-Konzepts ... 5
Abbildung 2: Planungsebenen in der Produktion ... 5
Abbildung 3: Einteilung des Planungshorizonts bei rollierender
Planung ... 10
Abbildung 4: Komponenten der auftrags- und arbeitsgangbezogenen
Durchlaufzeit ... 19
Abbildung 5: Beispiel zur Auftragszeitberechnung mittels eines
REFA-Schemas... 19
Abbildung 6: Magisches Viereck der Produktion ... 23
Abbildung 7: Kennzahlensystem in Pyramidenform ... 30
Abbildung 8: Managerial Controls System ... 31
Abbildung 9: Kennzahlensystem mit Gesamtkapitalrentabilität als
Primärziel ... 32
Abbildung 10: Regelkreis Soll-Ist-Vergleich ... 37
Abbildung 11: Beispiel für eine Kennzahlenhierarchie ... 41
Abbildung 12: Kennzahlenhierarchie zur Optimierung der
Durchlaufzeit ... 44
Abbildung 13: Kennzahlenhierarchie zur Optimierung der
Termintreue ... 49
Abbildung 14: Kennzahlenhierarchie zur Optimierung der
Kapitalbindung der Werkstattbestände... 55
Abbildung 15: Kennzahlenhierarchie zur Optimierung des
physischen Bestandes... 57
Abbildung 16: Kennzahlenhierarchie zur Optimierung der
Warteschlangenlänge ... 58
Abbildung 17: Kennzahlenhierarchie zur Optimierung der
Kapazitätsauslastung... 62
Abbildung 18: Grundproblem der Losgrößenplanung ... 67
Abbildung 19: Kostenoptimale Losgröße ... 70
Abbildung 20: Grundprinzip der Rückwärtsrekursion im Rahmen der
dynamischen Optimierung ... 75
Abbildung 21: Produktionssteuerung nach dem Kanban-Prinzip ... 91
Abbildung 22: Steuerung der Bestände mit Fortschrittszahlen... 101
Abbildung 23: Lebensphasen eines virtuellen Unternehmens ... 112
IX
Tabellenverzeichnis:
Tabelle 1: Entwicklung des Lagerbestandes ... 28
Tabelle 2: Supply Chain-Kennzahlen ... 111
1
1. Zielsetzung und Aufbau der Diplomarbeit
Durch die immer komplexer werdenden Aufgaben der Produktionspla-
nung und steuerung, kurz PPS genannt, wurden im Laufe der Zeit
betriebswirtschaftliche Kennzahlen definiert, damit das gesamte Pla-
nungsproblem überschaubarer und leichter zu bewältigen ist. Diese
Kennzahlen beschreiben bestimmte Teilziele innerhalb der PPS, deren
Ziel es ist, diese zu optimieren, was insgesamt zu einer effizienten und
kostengünstigen Produktion führen soll.
Ziel dieser Arbeit ist es zu zeigen, welche Rolle diese Kennzahlen im
Rahmen der PPS spielen, und Methoden aufzuzeigen, wie diese, und
folglich auch die gesamte PPS, optimiert werden können. Dazu werden
im Rahmen dieser Diplomarbeit verschiedenste Konzepte zur Optimie-
rung dieser betriebswirtschaftlichen Kennzahlen vorgestellt, analysiert
und auf deren Qualität überprüft.
Durch die schier unüberschaubare Fülle von Publikationen zu diesem
Themenkomplex ist es unmöglich, alle verfügbaren Methoden, Konzep-
te und Lösungsverfahren vorzustellen. Deshalb werden die, nach Mei-
nung des Autors, wichtigsten herausgegriffen und kompakt dargestellt.
Um diese Thematik dem Leser verständlich zu machen, werden im
zweiten Kapitel die typischen Planungs- und Steuerungsabläufe der
PPS theoretisch dargestellt. Weiters wird die Rolle der wichtigsten
betriebswirtschaftlichen Kennzahlen innerhalb dieser Abläufe beschrie-
ben und deren Zusammenhänge verdeutlicht. Diese Grundlagen sollen
vor allem zur Verständlichkeit der in Kapitel 3 - 6 vorgestellten Metho-
den und Konzepte dienen.
Das dritte Kapitel beschreibt die allgemeine Klassifizierung von Kenn-
zahlen und Kennzahlensystemen. Diese theoretischen Grundlagen
dienen vor allem zum Verständnis der in Kapitel 4 vorgestellten
2
Kennzahlenhierarchien zur Optimierung von ausgewählten betriebs-
wirtschaftlichen Kennzahlen zur PPS.
Die Darstellung von Möglichkeiten zur Optimierung verschiedener
Kennzahlen erfolgt schließlich im vierten Kapitel. Zuerst wird in Kapi-
tel 4.1. ein Verfahren vorgestellt, das mittels geeigneter Kennzahlen-
hierarchien versucht, ausgewählte Spitzenkennzahlen zu optimieren.
Dabei werden die Kennzahlen hierarchisch angeordnet und deren
Zusammenhänge untereinander dargestellt. Diese Kennzahlenhierar-
chien dienen vor allem zur Analyse der Wirkungszusammenhänge und
zur Fehlerbeseitigung innerhalb der PPS. Durch den strukturierten
Aufbau werden vor allem für Laien auf diesem Gebiet die Zusammen-
hänge leichter verständlich. Kapitel 4.2 beschäftigt sich mit der quanti-
tativen Optimierung ausgewählter Kennzahlen, die Teil der in Kapitel
4.1 vorgestellten Kennzahlenhierarchien sind. Dazu werden zuerst
allgemein die Problemklassen und Lösungsverfahren dieser Optimie-
rungsprobleme beschrieben und dann anhand der Losgrößen- und
Reihenfolgeplanung praktisch dargestellt.
Das fünfte Kapitel gibt einen knappen Überblick über neuere Ansätze
bzw. Erweiterungen zu der in Kapitel 2 vorgestellten Konzeption der
PPS. Die verschiedenen Konzeptionen werden kurz vorgestellt und die
wichtigsten Charakteristika dargestellt. Es wird auch hervorgehoben,
welche Auswirkungen diese Ansätze auf die betriebswirtschaftlichen
Kennzahlen haben.
Im sechsten Kapitel werden umfassende betriebliche Konzepte be-
schrieben. Dabei wird gezeigt, wie sich solche gesamtheitliche Ansätze
auf die betriebswirtschaftlichen Kennzahlen zur PPS auswirken.
3
2. Produktionsplanung und steuerung
2.1. Definition und Überblick
Die Produktionsplanung und steuerung, kurz PPS genannt, gehört zu
den inhaltlich anspruchsvollsten Aufgaben eines Produktionsunterneh-
mens. Sie befasst sich vor allem mit der Verwaltung aller Vorgänge, die
im Produktionsbereich eines Unternehmens vonstatten gehen, insbe-
sondere mit der operativen, zeitlichen, mengenmäßigen und auch
räumlichen Planung, Steuerung und Kontrolle. Dabei erfolgt vor allem
die Kombination der Produktionsfaktoren menschliche Arbeit, Be-
triebsmittel und Material aufgrund von Vorgaben von Produktionspro-
gramm und Arbeitsplanung zur Leistungserstellung.
1
Da die PPS für sämtliche Planungs-, Steuerungs-, Durchführungs- und
Kontrolltätigkeiten, die im Rahmen der Produkterstellung anfallen,
zuständig ist, ergeben sich zahlreiche Schnittstellen bzw. Überschnei-
dungen zu anderen Teilbereichen wie z. B. zum Absatz-, Beschaf-
fungs-, Controlling-, Personal-, und Logistikbereich. Speziell bei der
Aufgabenteilung zwischen PPS und Logistik gibt es vielfach Über-
schneidungen, wobei in der Praxis oft Teilbereiche der PPS von der
Logistik verwaltet werden oder umgekehrt. Auch eine Bündelung der
PPS mit der dazugehörigen dispositiven Logistik zu einem Auftragsab-
wickelzentrum ist einer der möglichen Lösungsansätze.
2
Nach Ende des zweiten Weltkrieges waren PPS-Systeme mit Fokus
auf der Bestandsführung noch vorherrschend, aber bereits in den
fünfziger Jahren entwickelte sich in den USA das Konzept des Material
Requirements Planning, kurz MRP genannt. Dieses Konzept ist
hierarchisch aufgebaut, wobei von übergeordneten Planungsstufen zu
untergeordneten Planungsstufen die Ressourcen mit zunehmendem
1
vgl.
http://www.kiehl.de/vv/texte/L2-53351.pdf
, 19.07.2006.
2
Die Beziehungen der PPS zu anderen Bereichen werden z. B. in Hahn/Laßmann
(1999), S. 123126 näher beschrieben.
4
Detaillierungsgrad und abnehmendem Planungshorizont geplant wer-
den.
Die Planungsergebnisse einer Stufe sind Vorgaben für die folgenden
Stufen, wobei mit einer regelkreisähnlichen Abstimmung die Rückfüh-
rung in die nächsthöhere Planungsstufe erfolgt. Dieses Konzept legt
seinen Schwerpunkt besonders auf die Bedarfsermittlung und inkludiert
vor allem den Wandel von der verbrauchs- zur bedarfsorientierten
Materialdisposition.
3
Mitte der 60er Jahre entstand das Konzept der Manufacturing Res-
sources Planning I, kurz MRP I. Dieses Konzept zur Planung und
Steuerung in Produktionsunternehmen bezog erstmals auch die Pro-
duktionskapazitäten in die Planung mit ein.
Schließlich wurde in den 80er Jahren von Oliver Wight das PPS-
Konzept Manufacturing Ressources Planning II
4
, kurz MRP II, entwi-
ckelt, welches die Grundlage für verschiedenste Varianten von PPS-
Systemen darstellt. Dieses Konzept stellt der Produktionsprogramm-
planung die Ebenen der Geschäfts- und Absatzplanung voran, welche
die langfristige Strategie für die Produktion bestimmen. Die darauf
folgende Planungsebene, die Produktionsprogrammplanung, ist dann
Ausgangspunkt für die innerhalb der MRP I-Konzeption durchzuführen-
den Planungsschritte mit der Trennung zwischen Mengen- und Ter-
minplanung. Bei dieser Konzeption gewinnt die strategische Planung
an Bedeutung, da sie, wie schon vorher ausgeführt, bereits bei der
Geschäftsplanung und dem Absatzplan beginnt. Daraus folgt auch,
dass mehr Augenmerk auf die Planung als auf die Steuerung der Pro-
duktion gelegt wird.
Es gibt noch zahllose andere Konzepte zur Abwicklung der Produkti-
onsplanung und steuerung, welche aber hier aus Gründen des Um-
fangs nicht näher erläutert werden. Die MRP-Konzeptionen sind die am
3
vgl. Kämpf (2001),
www.ebz-beratungszentrum.de
, 07.05.2006.
4
In der Literatur gibt es verschiedene Begriffsdefinitionen. Steinbuch (1999) z. B.
verwendet den Ausdruck ,,Material Resource Planning".
5
meisten verwendeten Modelle in der Praxis und auch die neueren
Konzeptionen bauen meistens auf diesen auf.
Abbildung 1: Entwicklung des MRP-Konzepts
5
Um die komplexen Aufgaben der Produktionsplanung besser lösen zu
können, kann ihre Zerlegung in zeitlich abgestufte Teilaufgaben erfol-
gen. Je nach Relevanz und Tragweite der Entscheidungen unterschei-
det man zwischen folgenden Planungsebenen:
Abbildung 2: Planungsebenen in der Produktion
6
5
Quelle: Scheer (1990),
www.ebz-beratungszentrum.de
, 07.05.2006.
6
Quelle: Derstroff (1995), S. 5.
6
Mittels der strategischen Produktionsplanung verfolgt man vor allem
die Schaffung von Erfolgspotentialen, um längerfristig wettbewerbfähig
zu bleiben. Darunter versteht man z. B. die langfristige Schaffung eines
geeigneten Produktionsprogramms mit dem dazugehörigen Produkti-
onssystem.
Das Ziel der taktischen Produktionsplanung ist die Konkretisierung
des strategischen Plans. Konkret werden die Endprodukte und die
Verfahren zur Herstellung der Endprodukte festgelegt.
7
Wichtige Ent-
scheidungen in diesem Stadion der Planung wären z. B. die Höhe und
Art der Investitionen in die benötigten Maschinen oder die Planung der
Kapazität.
Im Rahmen der operativen Produktionsplanung werden üblicherwei-
se technische oder betriebswirtschaftliche Ziele vorgegeben, die vor
allem die Minimierung entscheidungsrelevanter Kosten bewirken sol-
len. Wichtige Planungsentscheidungen wären z. B. die Auswahl des
optimalen Produktionsprogramms, die Auswahl optimaler Losgrößen,
die Terminierung von Aufträgen etc. Die am Anfang des Kapitels be-
schriebenen PPS-Konzeptionen sind vor allem für die operative Pro-
duktionsplanung und steuerung konzipiert.
2.2. Konzepte zur Lösung der operativen Planungs-
probleme
Zwischen den einzelnen Teilproblemen der PPS besteht eine Vielzahl
von Zusammenhängen, wie z. B. sachlich-horizontale Interdependen-
zen, die sich vor allem auf die Verteilung gleicher Ressourcen zwi-
schen verschiedenen Produkten beziehen. Ein weiterer Zusammen-
hang besteht in zeitlich-vertikalen Interdependenzen, die vor allem
7
vgl. Zäpfel (1989), S. 7 ff. Teilweise wird die Auffassung vertreten, dass diese
Entscheidungen bereits in der strategischen Produktionsplanung getroffen wer-
den; vgl. Silver/Peterson (1985), S. 509.
7
durch den Einfluss der Planung aus der Vergangenheit auf die Ent-
scheidungsfindung der Gegenwart verursacht werden.
Je nach Art und Umfang dieser Zusammenhänge bieten sich Partial-
modelle, Totalmodelle und vor allem die hierarchische Planung zur
Lösung dieser Planungsprobleme an.
8
2.2.1.
Partialmodelle und Sukzessivplanung
Mittels Partialmodellen können Teilbereiche der Produktionsplanung
isoliert von anderen Bereichen optimiert werden. Eine Abstimmung
zwischen den einzelnen Teilbereichen findet nicht statt, was durch die
gegenseitigen Abhängigkeiten der einzelnen Bereiche meistens zu
suboptimalen Lösungen führt.
Die Sukzessivplanung zerlegt das gesamte Optimierungsproblem in
einzelne Teilbereiche, wobei die in der Planung vorgelagerten Teilbe-
reiche die Vorgaben für die darauf folgenden Teilbereiche darstellen.
Dabei haben die Ergebnisse der nachgelagerten Teilbereiche keinen
Einfluss mehr auf die vorgelagerten Bereiche das heißt, dass keine
Rückkopplung stattfindet. Die Anreihung der Teilbereiche wird je nach
Relevanz auf das Gesamtproblem und der Verifizierbarkeit der ver-
wendeten Daten durchgeführt. Eine Möglichkeit zur Aufteilung des
Planungsproblems wäre z. B. der Vorschlag von Gutenberg
9
, der die
Planungsprobleme in Planung des Produktionsprogramms, Planung
der Bereitstellung der Produktionsfaktoren und der Planung des Pro-
duktionsprozesses aufteilt. Durch das Nichteinbeziehen von Rückkopp-
lungen erhält man hier ebenfalls häufig suboptimale Lösungen für das
Planungsproblem.
8
vgl. Geselle (1997), S. 7-17.
9
vgl. Gutenberg (1983), S. 149.
8
2.2.2.
Totalmodelle und Simultanplanung
Ein Totalmodell liegt vor, wenn mittels Simultanplanung alle Teilpläne,
unter Berücksichtigung der gegenseitigen Interdependenzen, gleichzei-
tig aufgestellt und miteinander verknüpft werden. In der Theorie wäre
diese Modellkonzeption die optimale Lösung, jedoch ist eine praktische
Umsetzung in den meisten Fällen unmöglich. Es ist unrealisierbar, alle
Verknüpfungen zwischen den einzelnen Teilbereichen zu erfassen und
in das Modell zu integrieren. Es müssten für jede Entscheidung die
Auswirkungen auf den Ablaufplan berücksichtigt werden, was die Da-
tenbeschaffung und pflege zu einer unlösbaren Aufgabe machen
würde, da der Informationsbedarf und die Modellkomplexität sehr stark
wachsen würden. Außerdem geht der Ansatz der simultanen Planung
von der vollständigen Einscheidungszentralisation aus, welche in der
Realität nicht zutrifft. Eine weitere Schwäche dieser Konzeption tritt zu
Tage, wenn man die restlichen Bereiche des Betriebs, die von der PPS
betroffen sind, in dieses Modell einbezieht. Durch die Einbeziehung
würde das Totalmodell noch komplexer und aufwändiger werden.
10
2.2.3. Hierarchische
Planung
Die hierarchische Produktionsplanung ist eine realistische und brauch-
bare Alternative zu Total- oder Partialmodellen. Das Gesamtproblem
wird in nicht gleichrangige Teilprobleme aufgeteilt, die sich an der
hierarchischen Struktur des Problems orientieren.
11
Die Zerlegung
sollte so vorgenommen werden, dass die Interdependenzen innerhalb
der Teilprobleme so groß wie möglich und zwischen den Teilproblemen
möglichst gering sind. Die wichtigsten Elemente der hierarchischen
Produktionsplanung sind die Dekomposition, die Hierarchisierung, die
Aggregation und die rollierende Planung.
10
vgl. Derstroff (1995), S. 5-7.
11
vgl. Zäpfel (1982), S. 308.
9
Wie vorher erwähnt, wird bei der hierarchischen Planung das Gesamt-
problem in Teilprobleme zerlegt. Mittels vertikaler Dekomposition
12
versucht man die verschiedenen Teilprobleme hierarchisch zu ordnen,
wie z. B. die Zerlegung der Aufgaben der Produktionsplanung in strate-
gische, taktische und operative Planung in Kapitel 2.1. Wenn keine
eindeutigen Über- oder Unterordnungsbeziehungen existieren, wird
mittels horizontaler Dekomposition die Gesamtlösung des Problems
durch die Aggregation von Teillösungen herbeigeführt (Differenzie-
rungskriterien wären z. B. verschiedene Produkte). Die dadurch ge-
wonnenen Teilpläne können mittels Koordinationsmechanismen, wie z.
B. der Rückkopplung, verwertet werden.
Mit Hilfe der Hierarchisierung der Teilaufgaben werden Über- und
Unterordnungsbeziehungen bestimmt, wobei die übergeordnete Ent-
scheidungsinstanz die Vorgaben für eine untergeordnete Stelle festlegt.
Der Erfolg dieses Konzepts hängt davon ab, wie weit sich diese Vorga-
ben in der Realität umsetzen lassen.
Zur Problemvereinfachung werden mittels Aggregation die Daten und
Entscheidungsvariablen der Modelle zusammengefasst. Beispielsweise
kann eine zeitliche Aggregation der Losgrößenplanung zu einer Woche
erfolgen. Falls man für die Programmplanung eine Periode von einem
Monat annimmt, könnte man dann vier Perioden der Losgrößenplanung
zu einer Periode der Programmplanung aggregieren. Ein weiterer
Ansatz zu Verringerung der Komplexität ist die sachliche Aggregation,
bei der, z. B. durch die Zusammenfassung von Produkten, die Komple-
xität reduziert wird. Ein Ansatz dazu stammt von Billington, der ein
Modell zur Lösung des dynamischen kapazitierten mehrstufigen Mehr-
produkt-Losgrößenproblems entwickelt hat.
13
Mit Hilfe der rollierenden Planung wird der Planungshorizont in drei
Teile unterteilt, wobei der eingefrorene Planungshorizont den Zeitraum
12
vgl. Schneeweiß (1992), S. 82-86.
13
vgl. Billington/McClain/Thomas (1983), zitiert nach: Derstroff (1995), S. 9.
10
der aktuellen Planumsetzung darstellt. Dieser wird nicht mehr verändert
- der erste Teil des Planungshorizonts dient als Entscheidungsfenster.
Der restliche Planungshorizont dient nur als Projektion in die Zukunft,
um die Entwicklung ungefähr abschätzen zu können.
Abbildung 3: Einteilung des Planungshorizonts bei rollierender Planung
14
Mittels Dekomposition, Hierarchisierung, Aggregation und rollierender
Planung weicht die Lösung von hierarchischen Systemen nur geringfü-
gig von optimalen Systemen ab. Deshalb basieren die meisten PPS-
Systeme, wie z. B. MRP II, in der Praxis auf einem hierarchischen
Ansatz.
15
2.3. Das Planungs- und Steuerungssystem eines heu-
tigen ,,Standard-Systems" zur Produktionspla-
nung und -steuerung
In der Literatur und in der Praxis wird eine Vielzahl von verschiedenen
PPS-Konzeptionen dargestellt bzw. verwendet. Ein Unterscheidungs-
kriterium ist z. B. die verschiedenen Planungskonzepte, die bereits
näher in Kapitel 2.2. erläutert wurden.
14
Quelle: Geselle (1997), S. 16.
15
Untersucht wurden die Abweichungen von der optimalen Lösung z. B. von
Bitran/Von Ellenrieder (1979), S. 124 ff; Hax/Bitran (1979), S. 91 ff; Hax/Golovin
(1979), S. 424 ff;
11
In Bezug auf die Zuordnung von Entscheidungsbefugnissen auf Mana-
gementebenen, können zentrale und dezentrale PPS-Konzeptionen
unterschieden werden. Bei der zentralen Konzeption werden sämtliche
Planungsentscheidungen im Detail von einer zentralen Planungsin-
stanz gefällt. Die Verantwortlichen in den Fabriken bzw. Produktions-
stätten haben im Rahmen der Produktionssteuerung nur die Aufgabe,
die gefällten Entscheidungen auszuführen und zu überwachen.
Weitere Unterscheidungskriterien sind auch noch die Art der eingesetz-
ten Algorithmen zur Lösung des Planungsproblems oder auch die Art
der Produktion (Einzel-, Serien-, oder Massenproduktion).
16
Die meisten PPS-Systeme, die heutzutage verwendet werden, basie-
ren auf den MRP-Konzepten. Grundsätzlich beruhen auch alle diese
Systeme auf einem sukzessiven oder hierarchischen Planungskonzept,
wobei das Gesamtproblem in Teilprobleme zerlegt wird:
· Produktionsplanung mit
o Produktionsprogrammplanung
o Mengenplanung
o Produktionsprozessplanung mit
Losgrößenplanung
Termin- und Kapazitätsplanung
Reihenfolgeplanung und Feinterminierung
· Produktionssteuerung mit
o Auftragsfreigabe
o Auftragsüberwachung
Die verschiedenen Teilprobleme werden schrittweise hintereinander mit
zunehmendem Detaillierungsgrad und abnehmendem Planhorizont
durchlaufen, wobei mittels Rückkopplungsinformationen der nächste
Planungszyklus im Sinne einer rollenden Planung angestoßen wird.
17
16
vgl. Kiener/Maier-Scheubeck/Weiß (1999), S. 108.
17
vgl. Zäpfel (1989), S. 189 ff.
12
Ebenfalls benötigt jedes PPS-System eine Grunddatenverwaltung, in
der vor allem Teiledaten, Erzeugnisstrukturdaten, Arbeitsplandaten und
Arbeitsplatzdaten gesammelt, gespeichert und aktualisiert werden.
2.3.1. Produktionsplanung
Die Produktionsplanung befasst sich mit der Planung der herzustellen-
den Produkte, den erforderlichen Produktionsfaktoren und mit der
Planung der eigentlichen Produktionsprozesse.
18
In der Produktionsplanung werden die Vorgänge mittel- bis kurzfristig
mittels einer Grob- und Feinplanung vorgeplant. Dabei müssen Strate-
gien entwickelt und Prioritäten gesetzt werden, die den Anforderungen
einer optimierten PPS-Strategie gerecht werden. Wichtige Prioritäten
können z. B. sein:
· Zufriedenheit der Kunden (bzgl. Qualität, Flexibilität, Kosten,
Termineinhaltung);
· Hohes Unternehmensergebnis;
· Optimale Bestandsstruktur;
· Minimierung von Störungen;
· Vermeidung von kostenintensiven Umplanungen.
2.3.1.1. Produktionsprogrammplanung
Aufgabe der Produktionsprogrammplanung ist es, die zu produzieren-
den Mengen, unter der Berücksichtigung der durch die strategische
und die taktische Planung gesetzten Vorgaben und dem Absatzpro-
gramm, zu planen. Stimmt das Produktionsprogramm nicht mit dem
18
vgl. Gutenberg (1983).
13
Absatzprogramm überein, so erfolgt gleichzeitig die Festlegung der auf
Lager genommenen Mengen bzw. Fehlmengen.
19
Trotz des Umstandes, dass alle anderen Teilpläne der PPS auf der
Produktionsprogrammplanung aufbauen, zählt diese immer noch zu
den Modulen der PPS, das nur in geringem Umfang von der EDV
unterstützt wird. Fehlplanungen in der Produktionsprogrammplanung
wirken sich negativ auf die gesamten restlichen Teilbereiche der PPS
aus, weshalb es sehr wichtig ist, diese sorgfältig zu planen. Eine exakte
Planung ist jedoch in der Praxis meistens nicht möglich, da, wie schon
vorher beschrieben, die gängigsten PPS-Konzeptionen mittels eines
Stufenkonzepts operieren. Die Produktionskosten, die für die Produkti-
onsprogrammplanung abgeschätzt werden müssen, stehen aber erst
nach der Beendigung der Produktionssteuerung fest - die exakten
Kosten würden aber schon zu Beginn der Planung benötigt werden. Es
gibt zwar in der Theorie Modelle, die mehrere Module der PPS mittels
Simultanplanung abbilden. Deren praktische Anwendbarkeit scheitert
jedoch am Datenbeschaffungsaufwand, der Datenpflege und der re-
chentechnischen Beherrschbarkeit. Besonders bei mehrstufiger Pro-
duktion sind diese Modelle in der Praxis kaum lösbar.
Wird z. B. unterstellt, dass das Unternehmen versucht, den Deckungs-
beitrag des Produktionsprogramms zu maximieren, so könnte man
mittels Methoden des Operations Research, insbesondere der linearen
Planungsrechnung, versuchen, dieses Problem zu lösen. Schnee-
weiß
20
stellt z. B. folgendes Optimierungsproblem dar:
Zu produzieren seien n Produkte mit vorgegebenen Absatzpreisen p
j
und variablen Herstellkosten k
j
(j = 1,...,n). Daraus ergeben sich die
Deckungsbeiträge d
j
:= p
j
k
j
. Die Produkte werden auf m verschiede-
nen Arbeitsträgern mit begrenzten Produktionskapazitäten k
i
gefertigt (i
= 1,...,m). Die Produktion einer Einheit des Produktes j benötigt a
ij
19
vgl. Derstroff (1995), S. 11.
20
Beispiel großteils übernommen aus Domschke/Scholl/Voß (1997), S. 10 zitiert
nach: Schneeweiß (1997), S. 141 ff.
14
Kapazitätseinheiten des i-ten Arbeitsträgers. Für jedes Produkt ist eine
Absatzrestriktion b
j
einzuhalten. Daraus ergibt sich folgendes Optimie-
rungsmodell:
Max DB(x) =
=
n
j
j
j
x
d
1
*
unter den Nebenbedingungen
=
n
j
i
j
ij
k
x
a
1
*
für
alle
i = 1,...,m
j
j
b
x
für
alle
j = 1,...,n
0
j
x
für
alle
j = 1,...,n
In diesem Modell wird angenommen, dass der Produktionsprozess
durch eine linear-limitationale Produktionsfunktion dargestellt werden
kann und dass alle Produkte beliebig teilbar sind. Leider sind diese
Annahmen nicht realitätsgetreu. Außerdem lässt sich durch die Kom-
plexität der meisten Produktionsprogramme eine optimale Lösung
meistens nur mit für die Praxis zu komplexen Modellen finden.
Deshalb erfolgt die Produktionsprogrammplanung im Rahmen der
MRP-Konzepte meistens nicht mittels exakter, sondern mittels heuristi-
scher Verfahren oder statistischer Verfahren. Bei kundenauftragsbezo-
gener Produktion wird meistens auch auf diese Verfahren verzichtet
und es werden nur die bereits vorliegenden Aufträge der vergangenen
Periode herangezogen.
Danach erfolgt meistens eine Abstimmung des Produktionsprogramms
mit den vorhandenen Kapazitäten mittels Simulation der Maschinenbe-
legungsplanung. Hiermit wird nur versucht grob abzuschätzen, ob das
geplante Produktionsprogramm durchführbar ist. Als Ergebnis der
Produktionsprogrammplanung erhält man schließlich den Primärbe-
15
darf, also die Mengen, die von den Endprodukten in der Planperiode
innerhalb des vorgegebenen Planungszeitraums herzustellen sind.
21
2.3.1.2. Mengenplanung
Nach Erstellung des Produktionsprogramms ermittelt die Mengenpla-
nung die Materialien, die in der veranschlagten Qualität, Menge, Zeit
und zu möglichst niedrigen Kosten verfügbar sein müssen, um den
Primärbedarf herstellen zu können. Diese Materialien werden auch
Sekundärbedarf (Rohstoffe, Teile, Baugruppen) und Tertiärbedarf
(Hilfs- und Betriebsstoffe) genannt, wobei man zu deren Bereitstellung
Stücklisten, Arbeitspläne, Arbeitsplatzdaten, Auftragsdaten etc. benö-
tigt.
Um diese Mengen zu bestimmen, könnte man theoretisch ebenfalls auf
Totalmodelle wie bei der Produktionsprogrammplanung zurückgreifen
man könnte z. B. aus der limitationalen Produktionsfunktion die benö-
tigte Menge ableiten. In der Praxis wird jedoch oft die ABC Analyse
22
verwendet, wobei die verschiedenen Produkte, gereiht nach dem
Verbrauchswert, in drei Klassen eingeteilt werden. Die hochwertigen A-
Teile werden unter Rückgriff auf die Erzeugnisstruktur meist bedarfs-
gesteuert disponiert. B-Teile werden verbrauchsgesteuert disponiert
und meist ab einem gewissen Meldebestand nachbestellt (Bestell-
punktverfahren). Die C-Teile hingegen werden erst ab einem gewissen
Mindestbestand nachgekauft.
Zur Aufteilung der Produkte in Klassen bietet sich auch die XYZ-
Analyse
23
an, die sich nicht nach dem Verbrauchswert, sondern nach
dem Bedarfsverlauf der Verbrauchsfaktoren richtet. Die X-Teile weisen
einen regelmäßigen Bestandsverlauf auf und können daher gut prog-
nostiziert werden. Die Y-Teile sind entweder durch einen trendförmigen
oder saisonalen Bedarfsverlauf gekennzeichnet und werden daher
21
vgl. Kiener/Maier-Scheubeck/Weiß (1999), S. 113 ff.
22
Eine Übersicht zur ABC-Analyse liefert z. B.
http://www.abc-analyse.info/abc/
.
23
Eine Übersicht zur XYZ-Analyse liefert z. B.
http://www.abc-analyse.info/xyz/
.
16
schwerpunktmäßig bestellt. Im Gegensatz dazu ist der Bestandsverlauf
der Z-Teile schwer nachzuvollziehen, weshalb sie nur bei Bedarf dis-
poniert werden. ABC- und XYZ-Analyse lassen sich auch im Bedarfsfall
kombinieren.
Sind die verschiedenen Teile z. B. mittels der ABC-Analyse aufgeteilt,
dann wird für die A-Teile, mittels des Verfahrens der Stücklistenauflö-
sung, der Bedarf aus den übergeordneten Produkten abgeleitet. Die-
ses Verfahren wird auch als bedarfs- oder programmgesteuerte Dispo-
sition bezeichnet, wobei der Bedarfszeitpunkt meistens mittels der so
genannten Vorlaufzeitverschiebung ermittelt wird, welche auf geschätz-
ten mittleren Soll-Durchlaufzeiten aus der Vergangenheit beruht. Opti-
onal ist es auch möglich, die Vorlaufzeit aufgrund von Plandurchlaufzei-
ten zu ermitteln.
Der, mit den oben genannten Methoden, ermittelte Sekundärbedarf
wird mit dem zugehörigen Primärbedarf (Ersatzteilbedarf, Sonderbe-
darf, erwarteter Ausschuss) zum so genannten Bruttobedarf addiert.
Durch Abgleich des Bruttobedarfs mit dem Lagerbestand erhält man
den Nettobedarf, der angibt, welche Teile benötigt werden.
24
Die B- und C-Teile werden meistens mittels der verbrauchsorientierten
Disposition verwaltet, wobei der Bedarf mittels statistischer Methoden,
wie z. B. Mittelwertverfahren, Regressionsanalyse, exponentielle Glät-
tung etc., geschätzt wird.
25
2.3.1.3. Produktionsprozessplanung
Die Produktionsprozessplanung beschäftigt sich mit der systemati-
schen Festlegung der zeitlichen und örtlichen Reihenfolge von Aktio-
nen (Be- und Verarbeitung und damit verbundene Transport- und
Ladevorgänge) zur Durchführung von Produktionsaufträgen für Vor-,
24
vgl. Zäpfel (1989), S. 192-193.
25
vgl. Steinbuch (1999), S. 343-345.
17
Zwischen- und Endprodukte.
26
Die dafür benötigten Daten werden vom
Produktionsprogramm und den Vorgaben der Mengenplanung abgelei-
tet und es werden daraus konkrete Fertigungsaufträge gebildet und
geplant. Dabei müssen ebenfalls das Wirtschaftlichkeitsprinzip und die
Anforderungen an die Mitarbeiter beachtet werden.
Um diese Aufgaben zu bewältigen, bedient man sich meistens eines
sukzessiven Planungskonzepts, bei dem zuerst die Größe der Lose
bestimmt wird, worauf dann die Termin- und Kapazitätsplanung erfolgt
und welches schließlich von der Reihenfolgeplanung und Feinterminie-
rung abgeschlossen wird.
2.3.1.3.1. Losgrößenplanung
Als Losgröße versteht man eine Menge gleichartiger Objekte, die sich
von einer Maschine unmittelbar hintereinander ohne Rüstvorgänge
fertigen lassen. Bei jedem Loswechsel wird der Prozess der Fertigung
unterbrochen, um die Maschine auf die produktionstechnischen
Erfordernisse des neu zu produzierenden Loses einzustellen.
27
Grundsätzlich kommt der Losgrößenplanung die Aufgabe zu, den
Nettobedarf, der bei der Mengenplanung errechnet wurde, so zu Ferti-
gungslosen zusammenzufassen, dass die Summe der Lager- und
Rüstkosten minimiert wird. Daraus ergibt sich für diese betriebswirt-
schaftliche Kennzahl ein Optimierungsproblem, das mit anderen Teil-
zielen der Produktionsprozessplanung abgestimmt werden muss. Dafür
stehen zahlreiche Optimierungsvarianten zur Verfügung, welche in
Kapitel 4 genauer erläutert werden.
26
vgl. Kiener/Maier-Scheubeck/Weiß (1999), S. 32-33.
27
vgl. Recker (2000), S. 16 ff.
Ende der Leseprobe aus 135 Seiten
- nach oben
Details
- Arbeit zitieren
- , 2006, Betriebswirtschaftliche Kennzahlen zur Produktionsplanung und -steuerung, Hamburg, Bedey Media GmbH, https://www.diplom.de/document/228958
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