Nachhaltigkeit

Daniel Schilling,

Vernetzte Planung, intelligente Fertigung

Unternehmen müssen heute mehr denn je Ökonomie und Ökologie miteinander in Einklang bringen. Um hier weiter vorn mitzuspielen, müssen im S&OP (Sales and Operations Planning) Planung und Abwicklung noch umfassender vernetzt sein. Entsprechende Modelle sind jetzt reif für den Einsatz in Produktionsumgebungen. Wie genau, zeigt der folgende Beitrag.

Porsche hat in seiner Produktion eine Lösung für die Frage gefunden, wie ein intelligentes S&OP (Sales and Operations Planning) die Auftragseinplanung verbessern und dabei Nachhaltigkeitsanforderungen erfüllen kann. © Porsche

Nachhaltigkeit und klimaneutrale Produktion sind vor dem Hintergrund gesetzlicher Bestimmungen und der schlichten Notwendigkeit, der Klimakrise gegenzusteuern, Themen für die gesamte Industrie. Das betrifft über Hardware und Software hinaus alle Ebenen der Wertschöpfung, also sämtliche Systeme, die Abläufe verwalten und steuern. Dabei geht es darum, intelligent zu produzieren und zu transportieren sowie vernünftig mit den begrenzten Rohstoffen umzugehen – also Verpackungsmengen und Müll zu reduzieren oder so zu organisieren, dass die Stoffe wiederverwertbar bleiben. Für Unternehmen bleiben jedoch Kostendruck, Shareholder Value, finanzielle Stabilität und Effizienz in allen Bereichen als Rahmenbedingungen erhalten und erfordern eine Anpassung von Planungs- und Steuerungsprozessen sowie der verwendeten Methoden und Systeme.

Produktion und Logistik sind dann effizient, wenn Prozesse und Produktionsprogramme stabil sind. Produktionsplaner und Logistiker wollen nicht ständig umplanen, keine Sonderfahrten veranlassen und so wenig wie möglich nachjustieren. Wenn die Produktionsprozesse eingeschwungen sind, fallen wenig Sonderaktivitäten an, die sonst oft zusätzlichen Energiebedarf und zusätzliche Transportwege mit erhöhten CO2-Ausgaben verursachen. Die heutige Welt erfordert jedoch eine hohe Agilität und Flexibilität, um auf permanente Veränderungen einzugehen. Produktion und Logistik müssen schnell auf geänderte Rahmenbedingungen, stark volatile Bedarfe und sensible Lieferketten reagieren können. Diese schlagen häufig an der Nahtstelle zwischen Planung und Abwicklung ein, da in der Planung nicht mit dem gleichen Detaillierungsgrad, nicht mit den gleichen Faktoren und nicht mit der gleichen Methodik wie in der Abwicklung gearbeitet wird.

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Der Schlüssel zu einer wettbewerbsfähigen klimaneutralen Produktion liegt in vernetzten Planungs- und Abwicklungsprozessen, die sich durch Rückkopplungen optimieren und die der hohen Anzahl an Planungsparametern mit einheitlichen Planungsobjekten begegnen.

Schnelle Regelkreise mit einheitlichen Planungsobjekten

Porsche plant, das Potenzial einheitlicher Planungsobjekte zu nutzen, um den bisherigen linearen Prozess aufzulösen und ihn in ein dynamischeres Modell zu überführen. Dieses enthält zwar die gleichen Module aus den Prozessschritten „Vorbereiten“, „Planen“ und „Abwickeln“, lässt aber Rückkopplungen und damit Anpassungen des Produktionsprogramms zu. Dies erfolgt beispielsweise als Reaktion auf Kapazitätsengpässe oder es erfolgt in Optimierungsschleifen mit dem Ziel, den CO2-Flottenausstoß zu optimieren oder um Programme hinsichtlich erwarteter Umsätze und Kosten zu analysieren und zu optimieren.

Die Auftragsplanung wird von vielfältigen Faktoren beeinflusst.

Die Herausforderung bei einem solchen Ansatz ist, die Vielzahl an verteilten Informationen wie Kapazitäten, technische Produktinformationen wie Emissionswerte, die Rahmenwerte der ursprünglichen Planung, Zusagen an die Märkte, Verkaufswahrscheinlichkeiten der Produkte in den Märkten, historische Änderungshäufigkeiten oder auch Änderungsflexibilitäten mitzuberücksichtigen. Da diese Informationen im Abwicklungsprozess am Kunden- bzw. Produk- tionsauftrag hängen, liegt es nahe, einen Ansatz zu verproben, der auch im Mittel- bis Langfristbereich auf Aufträge setzt. Dies vereinfacht es, Steuerungsmethoden in die Planung zu projizieren, erlaubt einen fließenden Übergang von Planung zu Abwicklung und stellt sicher, dass die Planungsobjekte alle Informationen in sich vereinen können.

Der Planauftrag

Zentrales Planungsobjekt in dem Konzept ist der Planauftrag, eine voll ausspezifizierte und baubare Fahrzeugkonfiguration, die planerisch in ein Planungsproduktionsprogramm eingelastet werden kann und somit auch eine Ableitung der Materialbedarfe erlaubt. Der Planauftrag repräsentiert in einem Datensatz den Kundenbedarf, den Teilebedarf über die Stückliste und Sekundärinformationen wie zum Beispiel den CO2-Wert oder Kennzahlen wie die erwartete Auftragsstabilität bzw. Flexibilität. Eventuell berücksichtigt er auch monetäre Informationen wie Wert- oder Deckungsbeitrag zur weiteren detaillierten Planung. Weil er aussieht wie ein Echtauftrag, kann der Planauftrag in Produktionssystemen eingeplant, in Teilebedarfe aufgelöst und schließlich in der Abwicklung durch Echtaufträge ausgetauscht werden. Das gibt es so bisher nicht und schließt damit die Lücke zwischen Planung und Abwicklung, weil in der Planung quasi die Abwicklung mit allen echten Objekten simuliert und antizipiert werden kann.

Die Gesamtheit aller Planaufträge zum Beispiel für das Jahr 2023 umfasst die Planwerte für die Produktion dieses Jahres. Alle diese antizipierten Kundenbestellungen werden in einem Planungsproduktionsprogramm angelegt. Das Ziel ist, dass die digitalen Zwillinge einer entsprechenden Zahl von tatsächlichen Bestellungen möglichst nahekommen – dank des Regelkreises führt jede Änderung zu einer Neukalibrierung und Anpassung von Plan und Abwicklung.

Die methodische Herausforderung liegt hierbei darin, diesen Planauftragspool auf Basis einer Vielzahl von gegebenen Rahmenbedingungen, Restriktionen und Zielwerten automatisiert zu erzeugen. Dies erfolgt in einem zweistufigen Auftragsgenerator, der in Schritt 1 technisch baubare valide Produktkonfigurationen mit all ihren Planungskenngrößen ermittelt und in Schritt 2 auf Basis dieser Konfigurationen einen idealen Auftragspool würfelt und in das Planungsproduktionsprogramm überführt. Diese Elemente bilden die Kernbestandteile der neuen IT.

Der Konfigurationsgenerator

Die bei Porsche realisierte Lösung für das S&OP sorgte für deutlich mehr Effizienz und Nachhaltigkeit in der Produktion. © Flexis

Der Konfigurationsgenerator erzeugt mit Daten aus unterschiedlichen Quellen, die Zwänge und Ausschlussgründe berücksichtigen, die Planauftragskandidaten. Dafür arbeitet er mithilfe eines Bayeschen Netzwerkes, also Methoden der künstlichen Intelligenz, die zusammen mit der leistungsfähigen IT dafür sorgen, dass die Konfigurationsvorschläge – Samples – sehr schnell und in sehr großer Zahl entstehen. Diese baubaren Fahrzeugkonfigurationen bilden einen riesigen Pool an potenziellen Aufträgen mit Konfigurationen, zeitlichen Gültigkeiten, Hinweisen zur Baubarkeit und Preis.

In die Konfiguration fließen neben den für jedes Fahrzeug gängigen Kriterien, wie zum Beispiel Auftragsdaten, Fahrzeugstruktur und Preise, auch Nachhaltigkeitskriterien wie der CO2-Fußabdruck, unter anderem abhängig vom Gewicht, pro Konfiguration ein. Sie könnte auch Verpackungsinformationen oder andere Attribute liefern, die alle in Richtung Nachhaltigkeit abzielen. Schwellenwerte können den Flottenausstoß (Gramm pro Kilometer) definieren, um den Kundenbedarf optimal abzudecken und die Regulatorien der Bundesregierung für einen geringeren CO2-Ausstoß einzuhalten.

Die Software: S&OP und der Mix Optimierer

Eine langfristige Planung über einen Zeitraum von bis zu zehn Jahren enthält weit über das Kerngeschäft mit betriebswirtschaftlichen Aspekten wie Kostendeckung und Rentabilität hinausgehende Informationen. Sie beinhaltet auch Ökologie, Technik, Logistik. Porsche verfolgt in Zusammenarbeit mit dem Partner Flexis bei dem Modell den Ansatz, diese Faktoren auf das Produkt zu beziehen sowie geografische Aspekte an die Lieferbeziehung zwischen Knoten in einem Netzwerk zu knüpfen: Wo wird was gesourct? Wohin wird was ausgeliefert? Welche Transportwege sind die effizientesten?

Der Mix Optimierer, der von Flexis entwickelt wurde, nimmt verschiedene Informationen auf, wie klassische Setzungen aus einer Volumen- und einer Optionsplanung. In einem Werk kann zum Beispiel nur eine bestimmte Anzahl eines Fahrzeugmodells gebaut werden. Auch Lieferantenkapazitäten, die Monate oder Jahre zuvor abgesichert wurden, sind entsprechend beschränkt; Lagerbestände fließen ebenfalls darin ein. Will ein Planer nun für einen Markt und ein Produkt einen idealen Mix errechnen, selektiert er mit dem Mix Optimierer das Produkt (Fahrzeugtyp, Modelljahr), den Markt und für welchen Zeitraum er einen Auftragspool errechnen möchte. Dieser Vorgang war so auch schon vor zehn Jahren üblich. In dem neuen System kommen die Zielkriterien (CO2-Footprint, Wahrscheinlichkeit eines Verkaufs, Profitabilität, Flexibilität und Stabilität) hinzu. Diese Kriterien kann der Planer gegeneinander gewichten, justieren und entscheiden, wie stark die Planung eingehalten werden soll. Wenn ihm im Fahrzeugmix ökologische Aspekte für einen bestimmten Planungszeitraum noch zu wenig berücksichtigt sind, kann er diese ändern und ein „grüneres“ Produktionsprogramm aufsetzen.

Dafür leitet der Mix-Optimierer aus einer großen Zahl von Konfigurationsvorschlägen verschiedene Szenarien ab. Produktionsziele und Nebenbedingungen sind Stellgrößen, die der Mix Optimierer mathematisch optimiert und auswertet. Aus den Zielstellungen wie Stabilität in der Produktion oder Verbesserungen der Nachhaltigkeit entwickelt er Szenarien, die der Produktionsplaner bewertet und in die operative Ebene überführt. Um die Nachhaltigkeitskriterien bestens einzuhalten, wählt der Optimierer ein Szenario mit einem CO2-optimalen Programm.

Das Modell mit Planauftrag, virtuellem und operativen Produktionsprogramm, Konfigurationsgenerator und Mix Optimierer hat das Potenzial, die Produktionsweise in Richtung der Planungs- und Abwicklungsprozesse unter Berücksichtigung klassischer betriebswirtschaftlicher und ökologischer Aspekte nachhaltig zu verändern. Das Ziel, Ökonomie und Ökologie in einer zeitgemäßen Produktionsweise zu vereinen, kann damit erreicht werden.

Simon Dürr, Projekt-leiter Dr. Ing. h.c., F. Porsche AG, Kundenauftragssteuerung, und Robin Hornung, Geschäftsführer Flexis Consult

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