Albert Ackermann GmbH & Co. KG

Hintergrund

Die Fertigung von Elektroinstallationssystemen ist in 12 verschiedenen Inseln organisiert, von denen 3 für das Projekt eingehender untersucht werden sollten. Eine Insel produziert vorwiegend Wand-Installationskanäle, während eine andere hauptsächlich Unterflur-Kanäle herstellt. Die dritte Insel ist für die Farbgebung per Pulverbeschichtung zuständig und stellt damit bereits einen potenziellen Engpass dar. Die Produktpalette wird nach kundenspezifischen Vorgaben in der Regel auftragsbezogen produziert, wobei der Trend zu mehr, aber kleineren Aufträgen und daraus resultierend zu einer höheren Komplexität der Fertigungsorganisation geht. Die Produktion der Artikel erfolgt produktspezifisch, folglich gibt es keinen festen Produktionsablauf über Maschinen oder Arbeitsplätze. Die Mitarbeiter der Inseln sind meist für mehrere Tätigkeiten in der Insel qualifiziert.

Abstimmungsprobleme der Inselleiter insbesondere beim Störungsmanagement waren Ausgangspunkt für die Auswahl dieser drei Inseln. Belastungsspitzen bei den Mitarbeitern sollten abgebaut, Terminschwierigkeiten möglichst aus dem Weg geräumt und die zur Verfügung stehenden Ressourcen möglichst optimal ausgenutzt werden können.

Aufgabe

Ein Hilfsmittel zur Erstellung einer optimalen Produktionsreihenfolge für den Auftragsbestand einer Woche vor dem Hintergrund einer Verbesserung der Termintreue sollte zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin sollte die Möglichkeit gegeben sein, die Folgen von Störungen oder Planänderungen zuverlässig im Vorfeld abschätzen zu können.

Durchführung

Die Produktion wurde mit Hilfe der Simulation in der Theorie abgebildet, Auftragsreihenfolgen in der Produktion können hinsichtlich Kosten und Terminen bewertet werden, eine automatische Optimierung der Auftragsreihenfolge wird ermöglicht. Das Modell wurde anschließend validiert, eine Mensch-/Maschine-Schnittstelle zur Bedienung des Simulators wurde entwickelt und ein Probebetrieb wurde durchgeführt. Im Simulationsmodell sind die Arbeitsplätze abgebildet, während die Daten der Aufträge und Artikel den jeweiligen Ablauf und die benötigten Zeiten bestimmen. Die Auftragsdaten stammen aus dem PPS-System der Firma Ackermann und beinhalten Informationen zu Menge, Termin, Artikel, Stücklistenstatus, Priorität und Arbeitsplan. Der Arbeitsplan eines Artikels bestimmt die Bearbeitungsstationen inklusive Rüst- und Bearbeitungszeiten für einen Auftrag. Zusätzlich sind Daten zur Qualifikation der Mitarbeiter und deren Arbeitszeiten im Modell hinterlegt. Dadurch ist das Modell in der Lage, für eine an einer bestimmten Maschine anstehende Arbeit einen qualifizierten, anwesenden Mitarbeiter anzufordern.

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Abbildung 1: Das Ackermann-Simulationsmodell

Die Inselorganisation ist im Modell entsprechend abgebildet (Abb. 1). Durch die hierarchische Modellstruktur ist es möglich, eine Insel zu öffnen, um eine Stufe höherer Detaillierung zu erreichen (Abb. 2). Beide Abbildungen zeigen eine Situation während einer Simulation. Fertigungsaufträge sind als einfache Kanal-Symbole dargestellt. Auch die Mitarbeiter sind im Modell zu finden.

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Abbildung 2: Insel 01 - Arbeitsplätze und allgemeine Inselfunktionalität

Einzelne Arbeitsplätze können wiederum geöffnet werden, um spezifische Eigenschaften realisieren zu können. Dort ist auch der arbeitsplatz-relevante Teil der Mitarbeiterverwaltung untergebracht. Als Beispiel sind zwei Arbeitsplätze dargestellt. Der erste enthält „nur“ eine Standardfunktionalität (Abb. 3), die dazu dient die spezifischen Daten aus dem Arbeitsplan zu berücksichtigen. Das zweite Beispiel zeigt die Pulverbeschichtung (Abb. 4), bei der eine besondere Logik für die Zusammenfassung von Aufträgen für gleiche Farbgebung sorgt.

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Abbildung 3: Standardarbeitsplatz

Ein Standardarbeitsplatz sorgt für die korrekte Abarbeitung einer Arbeitsfolge, des auftragsbezogenen Arbeitsplanes. Rüst- und Bearbeitungszeit werden berücksichtigt. Aufträge, die an einem Arbeitsplatz ankommen, warten im Puffer, bis der vorherige Auftrag abgearbeitet ist. Je nach Einstellung wird dann der nächste Auftrag aus dem Puffer für die Bearbeitung ausgewählt. Mögliche Auswahlstrategien sind FIFO (First-In-First-Out), dringendster Termin oder spezifische Kriterien. Letztere können in der Methode „Kriterium“ programmiert werden. Jeder durchlaufende Auftrag trägt ein Protokoll, in das jeder Arbeitsplatz den dort durchgeführten Arbeitsgang mit den benötigten Zeiten einträgt. Ein Arbeitsplatz protokolliert auch die von ihm durchgeführten Arbeiten und bearbeiteten Aufträge in seinem Arbeitsplatz-Plan (APLZ-Plan). Außerdem gibt es noch eine Reihenfolgefunktion, mit der die Abarbeitungsreihenfolge am Arbeitsplatz explizit festgelegt werden kann.

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Abbildung 4: Spezialisierter Arbeitsplatz – Pulverbeschichtung

Für die Modellvalidierung stellte die Firma Ackermann mehrfach Produktionsdaten bereit. Das heißt, nach einer ausgewählten Woche wurden alle Start- und Rückmeldungen aus dem Betrachtungszeitraum selektiert und zusammen mit den zugehörigen Auftrags- und Arbeitsplandaten der Firma tms zur Verfügung gestellt. Mit den gelieferten Daten wurde das Simulationsmodell gefüttert. Dadurch standen den realen Daten ihre simulierten Pendants gegenüber. Diese Betrachtung wurde für mehrere, sehr unterschiedliche Produktionswochen durchgeführt. Erste Prüfungen führten zu Nachbesserungen im Modell, bis die Übereinstimmung Modell-Realität für ausreichend befunden wurde. Für einen Probebetrieb vor Ort wurde eine Bedien-Oberfläche implementiert, die es auch den Inselleitern vor Ort ermöglichen sollte, die Simulation und Optimierung zu nutzen. Dafür sollte eine Oberfläche folgende Möglichkeiten bieten:

  • Auswahl der zu betrachtenden Woche
  • Einlesen aktueller PPS-Daten
  • Verändern der PPS-Daten:

Ändern von Sollmenge, Termin, Stücklistenstatus, Arbeitsplan, Auftragsreihenfolge, Hinzufügen von Aufträgen

  • Verwalten der Mitarbeiter-Anwesenheitszeiten für eine Woche
  • Verwalten der Mitarbeiter-Qualifikationen
  • Verwalten von Störungen und Wartungen der Arbeitsplätze
  • Verwalten der Auftragsreihenfolgen an einzelnen Arbeitsplätzen
  • Starten von Simulation oder Optimierung
  • Auswertung der Simulationsergebnisse: Statistiken, Details, Vergleich zweier Ergebnisse

Daraus wurde ein Dialog aufgebaut, der die Funktionen in drei Bereiche gliedert: Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe (Abb. 5).

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Abbildung 5: SIGNAL-Hauptdialog für Ackermann

Der Bereich Verarbeitung ist besonders einfach gehalten, da die Steuerung der Simulation ausschließlich vorher durch die Dateneingabe geschieht. Dies war Voraussetzung für eine selbst ablaufende Simulation, die für Optimierungszwecke vielfach mit automatisch variierter Auftragsreihenfolge durchgeführt werden muss. Es gibt nur eine kleine Fortschrittsanzeige. Nach einer Simulation wird direkt die Auswertung eingeblendet. Sie enthält eine kleine Statistik zur Bewertung des Produktionsplanes und der anderen Eingabefaktoren. Am Ende der Optimierung wird die beste gefundene Lösung simuliert und deren Ergebnis angezeigt.

Ergebnis

Die Inselleiter können Simulationen schnell und komfortabel durchführen, die Folgen ihrer Entscheidungen können frühzeitig quantifiziert bewertet werden. Der Informationsaustausch der Inseln untereinander wurde zunächst über firmenübliche Kommunikationsmittel abgewickelt, die notwendige Erfassung von nicht im PPS-System vorhandener Daten musste manuell erfolgen, was die Aktualität der Daten verringerte. In einer weiteren Ausbaustufe sollte eine integrierte Systemlösung etabliert werden, bei der ein geplanter Produktionsablauf einer Insel als aktuell gültig geschaltet und mit den anderen Inselplänen abgeglichen werden sollte. Auftauchende Probleme sollen den zuständigen Inselleitern dabei automatisch aufgezeigt werden.


Fazit

Mit der Simulation konnte gezeigt werden, dass noch Optimierungspotential in der Fertigung vorhanden ist und durch die Informationen aus dem Modell erschlossen werden kann.