So optimieren Sie Ihre Produktionsnivellierung

Wie funktioniert Produktionsnivellierung?

Bei der Produktionsnivellierung geht es um eine gleichmäßige Aufteilung des Produktionsvolumens (gesamt und je Produkt) auf einzelne Perioden. Eine Periode kann dabei zum Beispiel eine Schicht, ein Tag, eine Woche oder ein Monat sein. Ziel ist eine gleichmäßige Auslastung der Produktion und hohe Flexibilität gegenüber Bedarfsschwankungen. Produktionsnivellierung ist ein wichtiger Teil in der Umsetzung des Heijunka-Prinzips. Eine Nivellierung der Produktion spielt aber auch in der langfristigen Kapazitäts-/Produktionsplanung oftmals eine entscheidende Rolle.

Wenn die Komplexität zu groß wird

In der Theorie wird die gesamte Bedarfsmenge einfach durch die Anzahl der Perioden dividiert. Doch dieses triviale Vorgehen ist in der Praxis in den meisten Fällen nicht möglich oder ausreichend. Sobald weitere Einschränkungen und Bedingungen berücksichtigt werden müssen wird eine gute Aufteilung der Produktionsmengen je Produkt und insgesamt auf die einzelnen Perioden eine äußerst komplexe Aufgabe, für die der Mensch nicht geeignet ist.

Es gibt keine klare Strategie, mit der man Schritt für Schritt zu einer guten Lösung kommt. Die Anzahl der kombinatorischen Möglichkeiten wird sehr schnell extrem groß.    

Optimierungskriterien bei der Produktionsnivellierung

Die Planungsaufgabe besteht in der Zuteilung von Aufträgen zu Produktionsperioden, sodass auf den Produktmix und andere optionale Kriterien wie Sekundärressourcen und Prioritäten hin optimiert wird. Die folgenden Optimierungsziele werden unterstützt und können für den spezifischen Anwendungsfall passend konfiguriert werden:

• Nivellierung der gesamten Produktionsmenge über alle Perioden.
• Nivellierung der Produktionsmenge jedes Produkttyps über alle Perioden. Dadurch wird in jeder Periode ein ähnlicher Produktmix erreicht.
• Due Dates für Aufträge: Verletzungen sind dabei zwar möglich, können aber beliebig teuer gemacht werden.
• Priorisierung von Aufträgen: Jedem Auftrag wird eine Priorität zugeordnet und der Algorithmus versucht, Aufträge mit höherer Priorität früheren Produktionsperioden zuzuteilen.
• Minimale und maximale Verwendung von Sekundärressourcen pro Periode: Auch hier ist eine Über- oder Unterschreitung möglich und der Preis dafür kann ebenfalls konfiguriert werden.

Darüber hinaus kann man auf Wunsch auch die Losgrößen optimieren lassen. Das kann enorme Verbesserungen in der ausgeglichenen Verteilung mit sich bringen, wenn beispielsweise die Lose zufällig so gewählt sind, dass eine gut balancierte Aufteilung unmöglich ist. Der Production Leveling Algorithmus wird in diesem Fall die Lose so teilen oder zusammenfassen, dass die oben genannten Optimierungsziele bestmöglich erreicht werden. Die Losgrößenoptimierung ist, wie auch jedes der Optimierungsziele, optional und flexibel konfigurierbar.

Entstehung und Verwendung des MCP Production Leveling Algorithmus

Die Algorithmen für Produktionsnivellierung wurden in einer Kooperation mit der TU Wien (Christian Doppler Labor) erarbeitet und wissenschaftlich erforscht. Es kommen dabei verschiedene anerkannte Verfahren der metaheuristischen lokalen Suche, wie zum Beispiel Simulated Annealing, zum Einsatz. Zur Implementierung wurde das von MCP entwickelte Metaheuristik Framework eingesetzt.

Der Production Leveling Algorithmus wird bereits erfolgreich in mehreren Werken im Rahmen der Planung mit dem APS Tool Preactor (jetzt: Opcenter) und im Zusammenspiel mit einer EPEI Planung angewendet. Wir konnten dadurch zeigen, dass unsere Lösungsverfahren auch in der Praxis in kurzer Zeit Lösungen finden, die den optimalen sehr nahekommen. Weiterführende Informationen zu den wissenschaftlichen Ergebnissen finden Sie hier.
Die entwickelten Algorithmen sind eigenständig und technologieunabhängig. Sie können im Moment von Visual Basic und C# direkt aufgerufen werden. Die optimierte Produktionsnivellierung ist auch als Add-On in Microsoft Excel verwendbar.

Fazit

Produktionsnivellierung ist eine Standardmethode zur Prozessoptimierung und Steigerung der Produktivität. Sie lässt sich einfach zwischen Losgrößenplanung und Feinplanung integrieren. Genauso kann die Nivellierung der Produktion in der langfristigen Kapazitätsplanung eine wichtige Rolle spielen. Dabei kann unter anderem der Produktmix und die Verwendung von Sekundärressourcen ausbalanciert werden. Außerdem lassen sich Due Date Verletzungen minimieren und die Losgrößen optimieren.

Haben Sie Probleme bei der Produktionsnivellierung?

Wir beraten Sie gerne, wie Produktionsnivellierung auch bei Ihnen reibungslos und effizient erfolgen und für eine ausbalancierte und effiziente Produktion sorgen kann. Gerne stellen wir Ihnen den MCP Production Leveling Algorithmus im Rahmen eines Webinars vor.

Über die Autoren

Christoph Mrkvicka ist Partner bei MCP und leitet den Bereich Forschung & Entwicklung. Er hat Technische Mathematik an der TU Wien studiert und beschäftigt sich seit 7 Jahren intensiv mit dem Thema Produktionsplanung.

Johannes Vass ist wissenschaftlicher Mitarbeiter beim Christian Doppler Laboratory for Artificial Intelligence and Optimization for Planning and Scheduling an der TU Wien, welches eng mit MCP kooperiert. Er hat Software Engineering studiert und sich im Rahmen seiner Masterarbeit intensiv mit der Nivellierung von Produktion auseinandergesetzt.